Ce oferă rinichii? Modificări metabolice ale rinichilor, care sunt acestea? Mecanismul formării urinei.

Rinichii sunt un veritabil laborator biochimic în care au loc multe procese diferite. Ca urmare a reacțiilor chimice care au loc în rinichi, ei asigură eliberarea organismului din deșeuri și, de asemenea, participă la formarea substanțelor de care avem nevoie.

Procese biochimice în rinichi

Aceste procese pot fi împărțite în trei grupe:

1. Procese de formare a urinei,

2. Eliberarea anumitor substanțe,

3. Reglarea producției de substanțe necesare menținerii echilibrului apă-sare și acido-bazic.

În legătură cu aceste procese, rinichii îndeplinesc următoarele funcții:

• Funcția excretorie (eliminarea substanțelor din organism),
• Funcția homeostatică (menținerea echilibrului corpului),
• Funcția metabolică (participarea la procesele metabolice și sinteza substanțelor).

Toate aceste funcții sunt strâns interconectate, iar eșecul uneia dintre ele poate duce la perturbarea celorlalte.

Funcția excretoare a rinichilor

Această funcție este asociată cu formarea urinei și eliminarea acesteia din organism. Pe măsură ce sângele trece prin rinichi, urina se formează din componentele plasmatice. În același timp, rinichii își pot regla compoziția în funcție de starea specifică a organismului și de nevoile acestuia.

Rinichii sunt excretați din organism prin urină:

• Produse ale metabolismului azotului: acid uric, uree, creatinina,
• Substanțe în exces, cum ar fi apa, acizi organici, hormoni,
• Substanțe străine, de exemplu, medicamente, nicotină.

Principalele procese biochimice care asigură ca rinichii să își îndeplinească funcția excretorie sunt procesele de ultrafiltrare. Sângele intră în cavitatea glomerulilor renali prin vasele renale, unde trece prin 3 straturi de filtre. Ca rezultat, se formează urina primară. Cantitatea sa este destul de mare și mai conține substanțe necesare organismului. În continuare, intră pentru prelucrare suplimentară în tubii proximali, unde suferă reabsorbție.

Reabsorbția este mișcarea substanțelor din tub în sânge, adică întoarcerea lor înapoi din urina primară. În medie, rinichii unei persoane produc până la 180 de litri de urină primară pe zi și doar 1-1,5 litri de urină secundară sunt excretați. Această cantitate de urină excretată conține tot ceea ce trebuie eliminat din organism. Sunt reabsorbite substanțe precum proteinele, aminoacizii, vitaminele, glucoza, unele oligoelemente și electroliții. În primul rând, apa este reabsorbită, iar odată cu ea sunt returnate substanțele dizolvate. Datorită sistemului complex de filtrare într-un organism sănătos, proteinele și glucoza nu intră în urină, adică detectarea lor în testele de laborator indică probleme și necesitatea de a determina cauza și tratamentul.

Funcția rinichilor homeostatic

Datorită acestei funcții, rinichii mențin echilibrul apă-sare și acido-bazic în organism.

Baza pentru reglarea echilibrului apă-sare este cantitatea de fluid și săruri care intră, cantitatea de urină excretată (adică lichid cu săruri dizolvate în ea). Cu un exces de sodiu și potasiu, presiunea osmotică crește, din această cauză, receptorii osmotici sunt iritați și o persoană devine sete. Volumul lichidului excretat este redus, iar concentrația de urină crește. Cu exces de lichid, volumul sanguin crește, concentrația de sare scade și presiunea osmotică scade. Acesta este un semnal pentru ca rinichii să lucreze mai activ pentru a elimina excesul de apă și a restabili echilibrul.
Procesul de menținere a echilibrului acido-bazic (pH) normal este realizat de sistemele tampon ale sângelui și rinichilor. Schimbarea acestui echilibru într-o direcție sau alta duce la modificări ale funcției renale. Procesul de ajustare a acestui indicator constă din două părți.

În primul rând, aceasta este o modificare a compoziției urinei. Deci, odată cu creșterea componentei acide a sângelui, crește și aciditatea urinei. O creștere a conținutului de substanțe alcaline duce la formarea urinei alcaline.

În al doilea rând, atunci când echilibrul acido-bazic se modifică, rinichii secretă substanțe care neutralizează substanțele în exces care duc la dezechilibru. De exemplu, odată cu creșterea acidității, crește secreția de H+, enzimele glutaminază și glutamat dehidrogenază și piruvat carboxilază.

Rinichii reglează metabolismul fosfor-calciu, așa că dacă funcțiile lor sunt afectate, sistemul musculo-scheletic poate avea de suferit. Acest metabolism este reglat prin formarea formei active a vitaminei D3, care se formează mai întâi în piele, apoi hidroxilată în ficat și apoi, în cele din urmă, în rinichi.

Rinichii produc un hormon glicoproteic numit eritropoietina. Acționează asupra celulelor stem din măduva osoasă și stimulează formarea globulelor roșii din acestea. Viteza acestui proces depinde de cantitatea de oxigen care intră în rinichi. Cu cât este mai puțin, cu atât eritropoietina se formează mai activ pentru a furniza organismului oxigen datorită numărului mai mare de globule roșii.

O altă componentă importantă a funcției metabolice a rinichilor este sistemul renină-angiotensină-aldosteron. Enzima renina reglează tonusul vascular și transformă angiotensinogenul prin reacții în mai multe etape în angiotensină II. Angiotensina II are efect vasoconstrictor și stimulează producția de aldosteron de către cortexul suprarenal. Aldosteronul, la rândul său, crește reabsorbția de sodiu și apă, ceea ce crește volumul și tensiunea arterială.

Astfel, tensiunea arterială depinde de cantitatea de angiotensină II și aldosteron. Dar acest proces funcționează ca într-un cerc. Producția de renină depinde de alimentarea cu sânge a rinichilor. Cu cât presiunea este mai mică, cu atât mai puțin sânge curge în rinichi și cu atât se produce mai multă renină și, prin urmare, angiotensină II și aldosteron. În acest caz, presiunea crește. Odată cu creșterea presiunii, se formează mai puțină renină și, în consecință, presiunea scade.

Deoarece rinichii sunt implicați în multe procese din corpul nostru, problemele care apar în activitatea lor afectează inevitabil starea și funcționarea diferitelor sisteme, organe și țesuturi.

Rinichii sunt implicați în metabolismul proteinelor, lipidelor și carbohidraților. Această funcție se datorează participării rinichilor la asigurarea concentrației constante a unui număr de substanțe organice semnificative din punct de vedere fiziologic în sânge. Proteinele și peptidele cu greutate moleculară mică sunt filtrate în glomeruli renali. În nefronul proximal ele sunt descompuse în aminoacizi sau dipeptide și transportate prin membrana plasmatică bazală în sânge. Cu boli de rinichi, această funcție poate fi afectată. Rinichii sunt capabili să sintetizeze glucoza (gluconeogeneză). În timpul postului prelungit, rinichii pot sintetiza până la 50% din cantitatea totală de glucoză produsă în organism și care intră în sânge. Rinichii pot folosi glucoză sau acizi grași liberi pentru consumul de energie. Când nivelul de glucoză din sânge este scăzut, celulele renale consumă acizi grași într-o măsură mai mare; în cazul hiperglicemiei, glucoza este predominant descompusă. Importanța rinichilor în metabolismul lipidic este aceea că acizii grași liberi pot fi incluși în compoziția triacilglicerolului și fosfolipidelor din celulele renale și pătrund în sânge sub forma acestor compuși.

Reglarea activității rinichilor

Dintr-o perspectivă istorică, sunt de interes experimentele efectuate cu iritația sau secțiunea transversală a nervilor eferenți care inervează rinichii. Sub aceste influențe, diureza s-a modificat ușor. S-a schimbat puțin dacă rinichii au fost transplantați la gât și artera renală a fost suturată la artera carotidă. Cu toate acestea, chiar și în aceste condiții a fost posibil să se dezvolte reflexe condiționate la stimularea dureroasă sau la încărcarea cu apă, iar diureza s-a schimbat și sub influențe reflexe necondiționate. Aceste experimente au dat motive să presupunem că influențele reflexe asupra rinichilor se realizează nu atât prin nervii eferenți ai rinichilor (au efect relativ redus asupra diurezei), ci că are loc o eliberare reflexă de hormoni (ADH, aldosteron) și acestea au un efect direct asupra procesului de diureză în rinichi. Prin urmare, există toate motivele pentru a distinge următoarele tipuri în mecanismele de reglare a formării urinei: reflex condiționat, reflex necondiționat și umoral.

Rinichiul servește ca organ executiv într-un lanț de diverse reflexe care asigură constanța compoziției și volumului fluidelor din mediul intern. Sistemul nervos central primește informații despre starea mediului intern, semnalele sunt integrate și se asigură reglarea activității rinichilor. Anuria care apare cu stimulare dureroasă poate fi reprodusă printr-un reflex condiționat. Mecanismul anuriei durerii se bazează pe iritația centrilor hipotalamici care stimulează secreția de vasopresină de către neurohipofiză. Odată cu aceasta, crește activitatea părții simpatice a sistemului nervos și secreția de catecolamine de către glandele suprarenale, ceea ce determină o scădere bruscă a urinării datorită atât scăderii filtrării glomerulare, cât și creșterii reabsorbției tubulare a apei.

Nu doar o scădere, ci și o creștere a diurezei poate fi cauzată de un reflex condiționat. Introducerea repetată a apei în corpul câinelui în combinație cu acțiunea unui stimul condiționat duce la formarea unui reflex condiționat, însoțit de o creștere a urinării. Mecanismul poliuriei reflexe condiționate în acest caz se bazează pe faptul că impulsurile sunt trimise din cortexul cerebral către hipotalamus și secreția de ADH scade. Impulsurile sosite prin fibrele adrenergice stimulează transportul sodiului, iar prin fibrele colinergice activează reabsorbția glucozei și secreția de acizi organici. Mecanismul de modificare a urinării cu participarea nervilor adrenergici se datorează activării adenilat-ciclazei și formării de cAMP în celulele tubulilor. Adenil ciclaza sensibilă la catecolamină este prezentă în membranele bazolaterale ale celulelor tubului contort distal și în secțiunile inițiale ale canalelor colectoare. Nervii aferenți ai rinichiului joacă un rol important ca verigă informațională în sistemul de reglare ionică și asigură implementarea reflexelor reno-renale. În ceea ce privește reglarea umoral-hormonală a urinării, aceasta a fost descrisă în detaliu mai sus.

Pregătit de Kasymkanov N.U.

Astana 2015

Funcția principală a rinichilor este de a elimina apa și substanțele solubile în apă (produșii finali ai metabolismului) din organism (1). Funcția de reglare a echilibrului ionic și acido-bazic al mediului intern al organismului (funcția homeostatică) este strâns legată de funcția excretorie. 2). Ambele funcții sunt controlate de hormoni. In plus, rinichii indeplinesc o functie endocrina, fiind direct implicati in sinteza multor hormoni (3). În cele din urmă, rinichii sunt implicați în metabolismul intermediar (4), în special în gluconeogeneză și defalcarea peptidelor și aminoacizilor (Fig. 1).

Un volum foarte mare de sânge trece prin rinichi: 1500 litri pe zi. Din acest volum se filtrează 180 de litri de urină primară. Apoi, volumul de urină primară scade semnificativ din cauza reabsorbției apei, rezultând o debit zilnic de urină de 0,5-2,0 litri.

Funcția excretoare a rinichilor. Procesul de formare a urinei

Procesul de formare a urinei în nefroni constă în trei etape.

Ultrafiltrare (filtrare glomerulară sau glomerulară). În glomerulii corpusculilor renali, urina primară se formează din plasma sanguină în procesul de ultrafiltrare, izosmotică cu plasma sanguină. Porii prin care se filtrează plasma au un diametru mediu efectiv de 2,9 nm. Cu această dimensiune a porilor, toate componentele plasmei sanguine cu o greutate moleculară (M) de până la 5 kDa trec liber prin membrană. Substanțe cu M< 65 кДа частично проходят через поры, и только крупные молекулы (М >65 kDa) sunt reținute de pori și nu intră în urina primară. Deoarece majoritatea proteinelor plasmatice sanguine au o greutate moleculară destul de mare (M > 54 kDa) și sunt încărcate negativ, ele sunt reținute de membrana bazală glomerulară, iar conținutul de proteine ​​din ultrafiltrat este nesemnificativ.

Reabsorbție. Urina primară este concentrată (de aproximativ 100 de ori volumul inițial) prin filtrarea inversă a apei. În același timp, conform mecanismului de transport activ, aproape toate substanțele cu greutate moleculară mică sunt reabsorbite în tubuli, în special glucoza, aminoacizii, precum și majoritatea electroliților - ioni anorganici și organici (Figura 2).

Reabsorbția aminoacizilor se realizează folosind sisteme de transport specifice grupului (purtători).

Ioni de calciu și fosfat. Ionii de calciu (Ca 2+) și ionii de fosfat sunt aproape complet reabsorbiți în tubii renali, iar procesul are loc odată cu consumul de energie (sub formă de ATP). Randamentul pentru Ca 2+ este mai mare de 99%, pentru ionii fosfat - 80-90%. Gradul de reabsorbție a acestor electroliți este reglat de hormonul paratiroidian (paratirina), calcitonina și calcitriol.

Hormonul peptidic paratirina (PTH), secretat de glanda paratiroidă, stimulează reabsorbția ionilor de calciu și inhibă simultan reabsorbția ionilor de fosfat. În combinație cu acțiunea altor hormoni osoși și intestinali, aceasta duce la creșterea nivelului ionilor de calciu din sânge și la o scădere a nivelului ionilor de fosfat.

Calcitonina, un hormon peptidic din celulele C ale glandei tiroide, inhibă reabsorbția ionilor de calciu și fosfat. Acest lucru duce la o scădere a nivelului ambilor ioni din sânge. În consecință, în ceea ce privește reglarea nivelului ionilor de calciu, calcitonina este un antagonist al paratirinei.

Hormonul steroidic calcitriol, produs în rinichi, stimulează absorbția ionilor de calciu și fosfat în intestin, promovează mineralizarea osoasă și este implicat în reglarea reabsorbției ionilor de calciu și fosfat în tubii renali.

Ioni de sodiu. Reabsorbția ionilor de Na + din urina primară este o funcție foarte importantă a rinichilor. Acesta este un proces extrem de eficient: aproximativ 97% Na + este absorbit. Hormonul steroidal aldosteronul stimulează, iar peptida natriuretică atrială [ANP], sintetizată în atriu, dimpotrivă, inhibă acest proces. Ambii hormoni reglează activitatea Na + /K + -ATPazei, localizată pe acea parte a membranei plasmatice a celulelor tubulare (canalele distale și colectoare ale nefronului), care este spălată de plasma sanguină. Această pompă de sodiu pompează ioni de Na+ din urina primară în sânge în schimbul ionilor de K+.

Apă. Reabsorbția apei este un proces pasiv în care apa este absorbită într-un volum echivalent osmotic împreună cu ionii Na +. În nefronul distal, apa poate fi absorbită doar în prezența hormonului peptidic vasopresină (hormon antidiuretic, ADH), secretat de hipotalamus. ANP inhibă reabsorbția apei. adică îmbunătățește eliminarea apei din organism.

Datorită transportului pasiv, ionii de clor (2/3) și ureea sunt absorbiți. Gradul de reabsorbție determină cantitatea absolută de substanțe rămase în urină și excretate din organism.

Reabsorbția glucozei din urina primară este un proces dependent de energie asociat cu hidroliza ATP. În același timp, este însoțit de transportul concomitent al ionilor de Na + (de-a lungul unui gradient, deoarece concentrația de Na + în urina primară este mai mare decât în ​​celule). Aminoacizii și corpii cetonici sunt, de asemenea, absorbiți printr-un mecanism similar.

Procesele de reabsorbție și secreție de electroliți și neelectroliți sunt localizate în diferite părți ale tubilor renali.

Secreţie. Majoritatea substanțelor care urmează să fie excretate din organism intră în urină prin transport activ în tubii renali. Aceste substanțe includ ioni H + și K +, acid uric și creatinina și medicamente precum penicilina.

Componentele organice ale urinei:

Partea principală a fracției organice a urinei constă din substanțe care conțin azot, produsele finale ale metabolismului azotului. Uree produsă în ficat. este un purtător de azot conținut în aminoacizi și baze pirimidinice. Cantitatea de uree este direct legată de metabolismul proteic: 70 g de proteină duce la formarea a ~30 g de uree. Acidul uric servește ca produs final al metabolismului purinelor. Creatinina, care se formează din cauza ciclizării spontane a creatinei, este produsul final al metabolismului în țesutul muscular. Deoarece excreția zilnică a creatininei este o caracteristică individuală (este direct proporțională cu masa musculară), creatinina poate fi utilizată ca substanță endogenă pentru a determina rata de filtrare glomerulară. Conținutul de aminoacizi din urină depinde de natura dietei și de eficiența ficatului. Derivații de aminoacizi (de exemplu, acidul hipuric) sunt de asemenea prezenți în urină. Conținutul în urină de derivați ai aminoacizilor care fac parte din proteine ​​speciale, de exemplu, hidroxiprolina, prezentă în colagen, sau 3-metilhistidina, care face parte din actină și miozină, poate servi ca un indicator al intensității defalcării. a acestor proteine.

Componentele constitutive ale urinei sunt conjugatele formate în ficat cu acizi sulfuric și glucuronic, glicină și alte substanțe polare.

Produse de transformare metabolică a multor hormoni (catecolamine, steroizi, serotonină) pot fi prezenți în urină. Pe baza conținutului produselor finale, se poate judeca biosinteza acestor hormoni în organism. Hormonul proteic coriogonadotropina (CG, M 36 kDa), format în timpul sarcinii, pătrunde în sânge și este detectat în urină prin metode imunologice. Prezența hormonului servește ca un indicator al sarcinii.

Urocromii, derivați ai pigmenților biliari formați în timpul degradării hemoglobinei, dau culoarea galbenă urinei. Urina se întunecă în timpul depozitării din cauza oxidării urocromilor.

Constituenții anorganici ai urinei (Figura 3)

Urina conține cationi Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ și NH 4 +, anioni Cl -, SO 4 2- și HPO 4 2- și alți ioni în urme. Conținutul de calciu și magneziu în fecale este semnificativ mai mare decât în ​​urină. Cantitatea de substanțe anorganice depinde în mare măsură de natura dietei. Cu acidoză, excreția de amoniac poate crește foarte mult. Excreția multor ioni este reglată de hormoni.

Modificările concentrației componentelor fiziologice și apariția componentelor patologice ale urinei sunt utilizate pentru diagnosticarea bolilor. De exemplu, în diabet, glucoza și corpii cetonici sunt prezenți în urină (Anexă).

4. Reglarea hormonală a formării urinei

Volumul urinei și conținutul de ioni din ea sunt reglate datorită acțiunii combinate a hormonilor și a caracteristicilor structurale ale rinichilor. Volumul zilnic de urină este influențat de hormoni:

ALDOSTERON și VASOPRESIN (mecanismul lor de acțiune a fost discutat mai devreme).

PARATORMON - un hormon paratiroidian de natură proteico-peptidică (mecanismul de acțiune membranar, prin cAMP) afectează și eliminarea sărurilor din organism. În rinichi, mărește reabsorbția tubulară a Ca +2 și Mg +2, crește excreția de K +, fosfat, HCO 3 - și reduce excreția de H + și NH 4 +. Acest lucru se datorează în principal unei scăderi a reabsorbției tubulare a fosfatului. În același timp, crește concentrația de calciu în plasma sanguină. Hiposecreția hormonului paratiroidian duce la fenomene opuse - o creștere a conținutului de fosfat în plasma sanguină și o scădere a conținutului de Ca + 2 din plasmă.

ESTRADIOL este un hormon sexual feminin. Stimulează sinteza 1,25-dioxivitaminei D 3, îmbunătățește reabsorbția calciului și fosforului în tubii renali.

Funcția rinichilor homeostatic

1) homeostazia apă-sare

Rinichii sunt implicați în menținerea unei cantități constante de apă prin influențarea compoziției ionice a fluidelor intra și extracelulare. Aproximativ 75% din ionii de sodiu, clor si apa sunt reabsorbiti din filtratul glomerular in tubul proximal datorita mecanismului ATPazei mentionat. În acest caz, doar ionii de sodiu sunt reabsorbiți activ, anionii se mișcă datorită gradientului electrochimic, iar apa este reabsorbită pasiv și izosmotic.

2) participarea rinichilor la reglarea echilibrului acido-bazic

Concentrația ionilor H + în plasmă și în spațiul intercelular este de aproximativ 40 nM. Aceasta corespunde unei valori pH de 7,40. pH-ul mediului intern al corpului trebuie menținut constant, deoarece modificările semnificative ale concentrației de alergări nu sunt compatibile cu viața.

Constanța valorii pH este menținută de sistemele tampon cu plasmă, care pot compensa tulburările pe termen scurt ale echilibrului acido-bazic. Echilibrul pH-ului pe termen lung este menținut prin producerea și îndepărtarea protonilor. Dacă există tulburări în sistemele tampon și dacă echilibrul acido-bazic nu este menținut, de exemplu ca urmare a bolii renale sau a perturbărilor frecvenței respirației din cauza hipo- sau hiperventilației, valoarea pH-ului plasmatic depășește limitele acceptabile. O scădere a valorii pH-ului de 7,40 cu mai mult de 0,03 unități se numește acidoză, iar o creștere se numește alcaloză.

Originea protonilor. Există două surse de protoni - acizii liberi din alimente și aminoacizii care conțin sulf din proteinele obținute din alimente.Acizii, precum citric, ascorbic și fosforic, eliberează protoni în tractul intestinal (la un pH alcalin). Aminoacizii metionină și cisteină formați în timpul descompunerii proteinelor au cea mai mare contribuție la asigurarea echilibrului protonilor. În ficat, atomii de sulf ai acestor aminoacizi sunt oxidați în acid sulfuric, care se disociază în ioni de sulfat și protoni.

În timpul glicolizei anaerobe în mușchi și celule roșii din sânge, glucoza este transformată în acid lactic, a cărui disociere duce la formarea de lactat și protoni. Formarea corpilor cetonici - acizi acetoacetic și 3-hidroxibutiric - în ficat duce și la eliberarea de protoni; un exces de corpi cetonici duce la o supraîncărcare a sistemului tampon plasmatic și la scăderea pH-ului (acidoză metabolică; acid lactic → acidoză lactică, corpi cetonici → cetoacidoză). În condiții normale, acești acizi sunt de obicei metabolizați în CO 2 și H 2 O și nu afectează echilibrul protonilor.

Deoarece acidoza prezintă un pericol deosebit pentru organism, rinichii au mecanisme speciale pentru a o combate:

a) secreţia de H +

Acest mecanism include procesul de formare a CO 2 în reacțiile metabolice care au loc în celulele tubului distal; apoi formarea H2CO3 sub actiunea anhidrazei carbonice; disocierea sa în continuare în H + și HCO 3 - și schimbul ionilor de H + cu ioni de Na +. Ionii de sodiu și bicarbonat se difuzează apoi în sânge, făcându-l să devină alcalin. Acest mecanism a fost testat experimental - introducerea inhibitorilor de anhidrază carbonică duce la creșterea pierderii de sodiu în urina secundară și la oprirea acidificării urinei.

b) amoniogeneza

Activitatea enzimelor de amoniogeneză în rinichi este deosebit de mare în condiții de acidoză.

Enzimele de amoniogeneză includ glutaminaza și glutamat dehidrogenaza:

c) gluconeogeneza

Apare în ficat și rinichi. Enzima cheie a procesului este piruvat carboxilaza renală. Enzima este cea mai activă într-un mediu acid - așa se deosebește de aceeași enzimă hepatică. Prin urmare, în timpul acidozei la rinichi, carboxilaza este activată și substanțele care reacționează cu acidul (lactat, piruvat) încep să se transforme mai intens în glucoză, care nu are proprietăți acide.

Acest mecanism este important în acidoza asociată cu postul (din lipsă de carbohidrați sau dintr-o lipsă generală de nutriție). Acumularea de corpi cetonici, care au proprietăți acide, stimulează gluconeogeneza. Și acest lucru ajută la îmbunătățirea stării acido-bazice și, în același timp, furnizează organismului glucoză. În timpul postului complet, până la 50% din glicemia se formează în rinichi.

Cu alcaloză, gluconeogeneza este inhibată (ca urmare a modificărilor pH-ului, carboxilaza PVK este inhibată), secreția de protoni este inhibată, dar în același timp este intensificată glicoliza și crește formarea de piruvat și lactat.

Funcția metabolică a rinichilor

1) Formarea formei active a vitaminei D 3.În rinichi, ca urmare a reacției de oxidare microzomală, are loc etapa finală de maturare a formei active a vitaminei D 3 - 1,25-dioxicolecalciferol. Precursorul acestei vitamine, vitamina D 3, este sintetizat în piele, sub influența razelor ultraviolete din colesterol, și apoi hidroxilat: mai întâi în ficat (la poziția 25), iar apoi în rinichi (la poziția 1). Astfel, prin participarea la formarea formei active a vitaminei D 3, rinichii influențează metabolismul fosfor-calciu în organism. Prin urmare, în cazul bolilor renale, atunci când procesele de hidroxilare a vitaminei D 3 sunt întrerupte, se poate dezvolta OSTEODISTROFIA.

2) Reglarea eritropoiezei. Rinichii produc o glicoproteină numită factor eritropoetic renal (REF sau ERYTHROPOETIN). Este un hormon care este capabil să influențeze celulele stem roșii ale măduvei osoase, care sunt celulele țintă pentru PEF. PEF dirijează dezvoltarea acestor celule de-a lungul căii sritropoezei, adică. stimulează formarea globulelor roșii. Viteza de eliberare a PEF depinde de furnizarea de oxigen la rinichi. Dacă cantitatea de oxigen primită scade, producția de PEF crește - aceasta duce la o creștere a numărului de globule roșii din sânge și la o îmbunătățire a aportului de oxigen. Prin urmare, în bolile de rinichi, uneori se observă anemie renală.

3) Biosinteza proteinelor.În rinichi, procesele de biosinteză a proteinelor care sunt necesare pentru alte țesuturi au loc în mod activ. Unele componente sunt sintetizate aici:

Sisteme de coagulare a sângelui;

Sisteme de completare;

Sisteme de fibrinoliză.

În rinichi, RENINA este sintetizată în celulele aparatului juxtaglomerular (JA).

Sistemul renină-angiotensină-aldosteron lucrează în strânsă legătură cu un alt sistem de reglare a tonusului vascular: SISTEMUL KALLIKREIN-KININ, a cărui acțiune duce la scăderea tensiunii arteriale.

Proteina kininogenă este sintetizată în rinichi. Odată ajuns în sânge, kininogenul, sub acțiunea serin proteinazelor - kalikreine, este transformat în peptide vasoactive - kinine: bradikinină și kalidină. Bradikinina și kalidina au un efect vasodilatator - scad tensiunea arterială. Inactivarea kininei are loc cu participarea carboxicatepsinei - această enzimă afectează simultan ambele sisteme de reglare a tonusului vascular, ceea ce duce la creșterea tensiunii arteriale. Inhibitorii de carboxicatepsină sunt utilizați în scopuri medicinale în tratamentul anumitor forme de hipertensiune arterială (de exemplu, medicamentul clofelline).

Participarea rinichilor la reglarea tensiunii arteriale este, de asemenea, asociată cu producția de prostaglandine, care au un efect hipotensiv și se formează în rinichi din acidul arahidonic ca urmare a reacțiilor de peroxidare a lipidelor (LPO).

4) Catabolismul proteinelor. Rinichii sunt implicați în catabolismul unor proteine ​​cu greutate moleculară mică (5-6 kDa) și peptide care sunt filtrate în urina primară. Printre acestea se numără hormonii și alte substanțe biologic active. În celulele tubulare, sub acțiunea enzimelor proteolitice lizozomale, aceste proteine ​​și peptide sunt hidrolizate la aminoacizi, care intră în sânge și sunt reutilizate de celulele altor țesuturi.

1. Formarea formei active a vitaminei D 3.În rinichi, ca urmare a oxidării microzomale, are loc stadiul final de maturare a formei active a vitaminei D 3 - 1,25-dihidroxicolecalciferol, care este sintetizată în piele sub influența razelor ultraviolete din colesterol, iar apoi hidroxilat: mai întâi în ficat (la poziția 25) și apoi în rinichi (la poziția 1). Astfel, prin participarea la formarea formei active a vitaminei D 3, rinichii influențează metabolismul fosfor-calciu în organism. Prin urmare, în bolile de rinichi, atunci când procesele de hidroxilare a vitaminei D 3 sunt întrerupte, se poate dezvolta osteodistrofia.

2. Reglarea eritropoiezei. Rinichii produc o glicoproteină numită factorul eritropoietic renal (PEF sau eritropoietina). Acesta este un hormon care este capabil să influențeze celulele stem roșii ale măduvei osoase, care sunt celule țintă pentru PEF. PEF direcționează dezvoltarea acestor celule pe calea eritropoiezei, adică. stimulează formarea globulelor roșii. Viteza de eliberare a PEF depinde de furnizarea de oxigen la rinichi. Dacă cantitatea de oxigen primită scade, producția de PEF crește - aceasta duce la o creștere a numărului de globule roșii din sânge și la o îmbunătățire a aportului de oxigen. Prin urmare, în bolile de rinichi, uneori se observă anemie renală.

3. Biosinteza proteinelor.În rinichi, procesele de biosinteză a proteinelor care sunt necesare pentru alte țesuturi au loc în mod activ. Aici sunt sintetizate și componente ale sistemului de coagulare a sângelui, ale sistemului de complement și ale sistemului de fibrinoliză.

Rinichii sintetizează enzima renina și proteina kininogen, care sunt implicate în reglarea tonusului vascular și a tensiunii arteriale.

4. Catabolismul proteinelor. Rinichii sunt implicați în catabolismul unor proteine ​​cu greutate moleculară mică (5-6 kDa) și peptide care sunt filtrate în urina primară. Printre acestea se numără hormonii și alte substanțe biologic active. În celulele tubulare, sub acțiunea enzimelor proteolitice lizozomale, aceste proteine ​​și peptide sunt hidrolizate în aminoacizi, care apoi intră în sânge și sunt reutilizate de celulele altor țesuturi.

Cheltuielile mari de ATP de către rinichi sunt asociate cu procesele de transport activ în timpul reabsorbției, secreției, precum și cu biosinteza proteinelor. Principala cale de producere a ATP este fosforilarea oxidativă. Prin urmare, țesutul renal are nevoie de cantități semnificative de oxigen. Masa rinichilor este de 0,5% din greutatea totală a corpului, iar consumul de oxigen al rinichilor este de 10% din aportul total de oxigen.

7.4. REGLAREA METABOLISMULUI APĂ-SARE
SI URINAR

Volumul urinei și conținutul de ioni din ea sunt reglate datorită acțiunii combinate a hormonilor și a caracteristicilor structurale ale rinichilor.

Sistemul renină-angiotensină-aldosteron. În rinichi, în celulele aparatului juxtaglomerular (JGA), se sintetizează renina, o enzimă proteolitică care este implicată în reglarea tonusului vascular, transformând angiotensinogenul în decapeptida angiotensină I prin proteoliză parțială. Din angiotensina I, sub acțiunea enzimei carboxicatepsine, se formează octapeptida angiotensina II (tot prin proteoliză parțială). Are efect vasoconstrictor și stimulează, de asemenea, producția de hormon al cortexului suprarenal - aldosteron.

Aldosteron este un hormon steroidian al cortexului suprarenal din grupa mineralocorticoizilor, care sporește reabsorbția sodiului din partea distală a tubului renal datorită transportului activ. Începe să fie secretat în mod activ atunci când concentrația de sodiu din plasma sanguină scade semnificativ. În cazul concentrațiilor foarte scăzute de sodiu în plasma sanguină, sub influența aldosteronului poate apărea îndepărtarea aproape completă a sodiului din urină. Aldosteronul îmbunătățește reabsorbția de sodiu și apă în tubii renali - acest lucru duce la o creștere a volumului de sânge care circulă în vase. Ca urmare, tensiunea arterială (TA) crește (Fig. 19).

Orez. 19. Sistemul renină-angiotensină-aldosteron

Când molecula de angiotensină-II își îndeplinește funcția, ea suferă proteoliză totală sub acțiunea unui grup de protetice speciale - angiotensinaze.

Producția de renină depinde de alimentarea cu sânge a rinichilor. Prin urmare, atunci când tensiunea arterială scade, producția de renină crește, iar când tensiunea arterială crește, aceasta scade. În cazul patologiei renale, se observă uneori producția crescută de renină și se poate dezvolta hipertensiune arterială persistentă (creșterea tensiunii arteriale).

Hipersecreția de aldosteron duce la retenție de sodiu și apă - apoi se dezvoltă edem și hipertensiune arterială, inclusiv insuficiență cardiacă. Deficiența de aldosteron duce la pierderi semnificative de sodiu, clorură și apă și la o scădere a volumului plasmatic. În rinichi, procesele de secreție de H + și NH 4 + sunt perturbate simultan, ceea ce poate duce la acidoză.

Sistemul renină-angiotensină-aldosteron funcționează în contact strâns cu un alt sistem care reglează tonusul vascular sistemul kalikreină-kinină, a cărui acţiune duce la scăderea tensiunii arteriale (fig. 20).

Orez. 20. Sistemul kalicreină-kinină

Proteina kininogenă este sintetizată în rinichi. Odată ajuns în sânge, kininogenul, sub acțiunea serin proteinazelor - kalikreine, este transformat în peptide vasoactinice - kinine: bradikinină și kalidină. Bradikinina și kalidina au un efect vasodilatator - scad tensiunea arterială.

Inactivarea kininelor are loc cu participarea carboxicatepsinei - această enzimă afectează simultan ambele sisteme de reglare a tonusului vascular, ceea ce duce la creșterea tensiunii arteriale (Fig. 21). Inhibitorii de carboxicatepsină sunt utilizați în scopuri medicinale în tratamentul anumitor forme de hipertensiune arterială. Participarea rinichilor la reglarea tensiunii arteriale este, de asemenea, asociată cu producția de prostaglandine, care au un efect hipotensiv.

Orez. 21. Relația renină-angiotensină-aldosteron
și sistemele kalikreină-kinină

Vasopresina– un hormon peptidic sintetizat în hipotalamus și secretat de neurohipofiză, are un mecanism de acțiune membranar. Acest mecanism în celulele țintă este realizat prin sistemul de adenil ciclază. Vasopresina determină constricția vaselor de sânge periferice (arteriole), ducând la creșterea tensiunii arteriale. În rinichi, vasopresina crește viteza de reabsorbție a apei din partea inițială a tubilor contorți distali și a canalelor colectoare. Ca urmare, crește concentrațiile relative de Na, C1, P și total N. Secreția de vasopresină crește atunci când presiunea osmotică a plasmei crește, de exemplu, cu creșterea aportului de sare sau deshidratare. Se crede că acțiunea vasopresinei este asociată cu fosforilarea proteinelor în membrana apicală a rinichiului, rezultând o creștere a permeabilității acestuia. Dacă glanda pituitară este deteriorată, dacă secreția de vasopresină este afectată, se observă diabet insipid - o creștere bruscă a volumului de urină (până la 4-5 l) cu o greutate specifică scăzută.

Factorul natriuretic(NUF) este o peptidă care se formează în celulele atriului din hipotalamus. Aceasta este o substanță asemănătoare hormonilor. Țintele sale sunt celulele tubilor renali distali. NUF acționează prin sistemul guanilat ciclază, de exemplu. mediatorul său intracelular este cGMP. Rezultatul influenței NUF asupra celulelor tubulare este o scădere a reabsorbției Na +, adică. Natriuria se dezvoltă.

Hormonul paratiroidian– hormon paratiroidian de natură proteico-peptidică. Are un mecanism de acțiune membranar prin AMPc. Afectează eliminarea sărurilor din organism. În rinichi, hormonul paratiroidian mărește reabsorbția tubulară a Ca 2+ și Mg 2+, crește excreția de K+, fosfat, HCO 3 - și reduce excreția de H + și NH 4 +. Acest lucru se datorează în principal unei scăderi a reabsorbției tubulare a fosfatului. În același timp, crește concentrația de calciu în plasmă. Hiposecreția hormonului paratiroidian duce la fenomene opuse - o creștere a conținutului de fosfat în plasma sanguină și o scădere a conținutului de Ca 2+ în plasmă.

Estradiol– hormon sexual feminin. Stimulează sinteza
1,25-dioxicalciferol, îmbunătățește reabsorbția calciului și fosforului în tubii renali.

Hormonul suprarenal influențează reținerea unei anumite cantități de apă în organism. cortizon. În acest caz, există o întârziere în eliberarea ionilor de Na din organism și, ca urmare, reținerea apei. Hormonul tiroxina duce la o scădere a greutății corporale datorită eliberării crescute de apă, în principal prin piele.

Aceste mecanisme sunt sub controlul sistemului nervos central. Diencefalul și tuberculul gri al creierului sunt implicate în reglarea metabolismului apei. Excitarea cortexului cerebral duce la modificări în funcționarea rinichilor, fie ca urmare a transmiterii directe a impulsurilor corespunzătoare de-a lungul căilor nervoase, fie prin excitarea anumitor glande endocrine, în special a glandei pituitare.

Tulburările în echilibrul apei în diferite condiții patologice pot duce fie la reținerea apei în organism, fie la deshidratarea parțială a țesuturilor. Dacă retenția de apă în țesuturi este cronică, se dezvoltă de obicei diverse forme de edem (inflamator, sare, foame).

Deshidratarea patologică a țesuturilor este de obicei o consecință a excreției unei cantități crescute de apă prin rinichi (până la 15-20 litri de urină pe zi). O astfel de urinare crescută, însoțită de sete extremă, se observă în diabetul insipid (diabet insipid). La pacienții care suferă de diabet insipid din cauza lipsei hormonului vasopresină, rinichii își pierd capacitatea de a concentra urina primară; urina devine foarte diluată și are o greutate specifică scăzută. Cu toate acestea, limitarea consumului de alcool în timpul acestei boli poate duce la deshidratarea țesuturilor incompatibile cu viața.

Întrebări de control

1. Descrieți funcția excretorie a rinichilor.

2. Care este funcția homeostatică a rinichilor?

3. Ce funcție metabolică îndeplinesc rinichii?

4. Ce hormoni sunt implicați în reglarea presiunii osmotice și a volumului lichidului extracelular?

5. Descrieţi mecanismul de acţiune al sistemului renină-angiotensină.

6. Care este relația dintre sistemele renină-aldosteron-angiotensină și kalicreină-chinină?

7. Ce tulburări de reglare hormonală pot provoca hipertensiune arterială?

8. Precizați motivele retenției de apă în organism.

9. Ce cauzează diabetul insipid?

Rinichii sunt printre cele mai bine aprovizionate organe ale corpului uman. Ei consumă 8% din tot oxigenul din sânge, deși masa lor abia ajunge la 0,8% din greutatea corporală.

Cortexul este caracterizat de un metabolism de tip aerob, medulara este anaerobă.

Rinichii au o gamă largă de enzime inerente tuturor țesuturilor care funcționează activ. În același timp, se disting prin enzimele lor „specifice organelor”, a căror determinare a conținutului în sânge în caz de boală de rinichi are valoare diagnostică. Aceste enzime includ în primul rând glicin amido-transferaza (este activă și în pancreas), care transferă gruparea amidină de la arginină la glicină. Această reacție este etapa inițială în sinteza creatinei:

Glicin amido transferaza

L-arginina + glicina L-ornitina + glicociamina

Din spectrul izoenzimelor pentru cortexul renal, LDH 1 și LDH 2 sunt caracteristice, iar pentru medular, LDH 5 și LDH 4 sunt caracteristice. În bolile renale acute, se detectează în sânge activitatea crescută a izoenzimelor aerobe lactat dehidrogenază (LDH 1 și LDH 2) și a izoenzimei alanin aminopeptidază – AAP 3.

Alături de ficatul, rinichii sunt un organ capabil de gluconeogeneză. Acest proces are loc în celulele tubilor proximali. Principal glutamina servește ca substrat pentru gluconeogeneză, care îndeplinește simultan o funcție de tampon pentru a menține pH-ul necesar. Activarea enzimei cheie a gluconeogenezei - fosfoenolpiruvat carboxikinaza - cauzate de apariția echivalenților acizi în sângele care aflu . Prin urmare, statul acidoza conduce, pe de o parte, la stimularea gluconeogenezei, pe de altă parte, la o creștere a formării de NH 3, i.e. neutralizarea alimentelor acide. in orice caz redundant producția de amoniac - hiperamoniemia - va determina deja dezvoltarea metabolismului alcaloza. O creștere a concentrației de amoniac în sânge este cel mai important simptom al unei încălcări a proceselor de sinteza a ureei în ficat.

Mecanismul de formare a urinei.

Există 1,2 milioane de nefroni în rinichiul uman. Nefronul este format din mai multe părți care diferă morfologic și funcțional: glomerul (glomerul), tubul proximal, ansa de Henle, tubul distal și canalul colector. În fiecare zi, glomerulii filtrează 180 de litri de plasmă sanguină furnizată. Ultrafiltrarea plasmei sanguine are loc în glomeruli, ducând la formarea urinei primare.

Moleculele cu o greutate moleculară de până la 60.000 Da intră în urina primară, adică. Practic nu există proteine ​​în el. Capacitatea de filtrare a rinichilor este evaluată pe baza clearance-ului (purificării) unui anumit compus - numărul de ml de plasmă care poate fi complet eliberat dintr-o anumită substanță atunci când trece prin rinichi (mai multe detalii în cursul de fiziologie ).

Tubulii renali realizează resorbția și secreția de substanțe. Această funcție este diferită pentru diferite conexiuni și depinde de fiecare segment al tubului.

În tubii proximali, ca urmare a absorbției de apă și a ionilor de Na +, K +, Cl -, HCO 3 - dizolvați în ea. începe concentrația de urină primară. Absorbția apei are loc pasiv în urma sodiului transportat activ. Celulele tubilor proximali reabsorb, de asemenea, glucoza, aminoacizii și vitaminele din urina primară.

Reabsorbția suplimentară de Na + are loc în tubii distali. Absorbția apei aici are loc independent de ionii de sodiu. Ionii K +, NH 4 +, H + sunt secretați în lumenul tubilor (rețineți că K +, spre deosebire de Na +, poate fi nu numai reabsorbit, ci și secretat). În timpul procesului de secreție, potasiul din fluidul intercelular pătrunde prin membrana plasmatică bazală în celula tubulară datorită activității „pompei K + -Na +”, iar apoi, pasiv, prin difuzie, este eliberat în lumenul tubul nefron prin membrana celulară apicală. Pe fig. este prezentată structura „K + -Na+-pompe”, sau K + -Na + -ATPazei (Fig. 1)

Fig. 1 Funcționarea K+-Na+-ATPazei

Concentrația finală a urinei are loc în segmentul medular al canalelor colectoare. Doar 1% din lichidul filtrat de rinichi se transformă în urină. În canalele colectoare, apa este reabsorbită prin acvaporine II încorporate (canale de transport al apei) sub influența vasopresinei. Cantitatea zilnică de urină finală (sau secundară), care are activitate osmotică de multe ori mai mare decât urina primară, este în medie de 1,5 litri.

Reabsorbția și secreția diferiților compuși în rinichi este reglată de sistemul nervos central și de hormoni. Astfel, odată cu stresul emoțional și de durere, se poate dezvolta anuria (încetarea urinării). Absorbția apei este crescută prin acțiunea vasopresinei. Deficiența acestuia duce la diureza apei. Aldosteronul crește reabsorbția sodiului, iar împreună cu acesta din urmă, a apei. Paratirina afectează absorbția calciului și a fosfaților. Acest hormon crește excreția de fosfat, în timp ce vitamina D o întârzie.

Rolul rinichilor în menținerea echilibrului acido-bazic. Constanța pH-ului sângelui este menținută de sistemele sale tampon, plămânii și rinichii. Constanța pH-ului lichidului extracelular (și indirect - intracelular) este asigurată de plămâni prin eliminarea CO 2, rinichii prin îndepărtarea amoniacului și a protonilor și reabsorbția bicarbonaților.

Principalele mecanisme în reglarea echilibrului acido-bazic sunt procesul de reabsorbție a sodiului și secreția de ioni de hidrogen formați cu participarea. carbanhidraza.

Carbanhidraza (cofactor Zn) accelerează restabilirea echilibrului în formarea acidului carbonic din apă și dioxid de carbon:

N 2 O + CO 2 ⇄ N 2 CO 3 ⇄ N + + TVA 3 –

La valori acide, pH-ul crește R CO2 și în același timp concentrația de CO2 în plasma sanguină. CO 2 difuzează deja în cantităţi mai mari din sânge în celulele tubilor renali (). În tubii renali, sub acțiunea acidului carbonic, se formează dioxid de carbon ( ), disociându-se într-un proton și un ion bicarbonat. Ionii H + sunt transportați () în lumenul tubului folosind o pompă de protoni dependentă de ATP sau prin înlocuirea lor cu Na +. Aici se leagă la HPO42- pentru a forma H2PO4-. Pe partea opusă a tubului (mărginind capilarul), cu ajutorul reacției acidului carbonic (), se formează bicarbonatul care, împreună cu cationul de sodiu (Na + cotransport), pătrunde în plasma sanguină (Fig. 2). ).

Dacă activitatea carbanhidrazei este inhibată, rinichii își pierd capacitatea de a secreta acid.

Orez. 2. Mecanismul de reabsorbție și secreție a ionilor în celula tubului renal

Cel mai important mecanism care contribuie la reținerea sodiului în organism este formarea de amoniac în rinichi. NH3 este folosit în locul altor cationi pentru a neutraliza echivalenții acizi ai urinei. Sursa de amoniac în rinichi o reprezintă procesele de dezaminare a glutaminei și dezaminarea oxidativă a aminoacizilor, în primul rând glutamina.

Glutamina este amida acidului glutamic, formată atunci când i se adaugă NH3 de către enzima glutamin sintază sau sintetizată în reacții de transaminare. În rinichi, grupa amidă a glutaminei este scindată hidrolitic din glutamină de către enzima glutaminaza I. Aceasta produce amoniac liber:

glutaminaza eu

Glutamina Acid glutamic + NH3

Glutamat dehidrogenază

α-cetoglutaric

acid + NH3

Amoniacul poate difuza cu ușurință în tubii renali și acolo este ușor să atașați protoni pentru a forma ion de amoniu: NH 3 + H + ↔NH 4 +