Що забезпечують нирки? Метаболічні зміни нирок, що це таке Механізм утворення сечі.

Нирки це справжня біохімічна лабораторія, в якій проходить безліч різних процесів. В результаті хімічних реакцій, що відбуваються в нирках, вони забезпечують звільнення організму від продуктів життєдіяльності, а також беруть участь в утворенні необхідних нам речовин.

Біохімічні процеси у нирках

Ці процеси можна поділити на три групи:

1. Процеси утворення сечі,

2. Виділення деяких речовин,

3. Регулювання продукції речовин необхідні підтримки водно-сольового і кислотно-лужного баланса.

У зв'язку з цими процесами нирки виконують такі функції:

• Екскреторна функція (виведення речовин із організму),
• Гомеостатична функція (підтримка балансу організму),
• Метаболічна функція (участь в обмінних процесах та синтез речовин).

Всі ці функції тісно взаємопов'язані, і збій в одній із них може призвести до порушення інших.

Екскреторна функція нирок

Ця функція пов'язана з утворенням сечі та виведенням її з організму. Коли кров проходить через нирки, із компонентів плазми утворюється сеча. При цьому нирки можуть регулювати її склад залежно від конкретного стану організму та його потреб.

З сечею нирки виводять із організму:

• Продукти азотистого обміну: сечову кислоту, сечовину, креатинін,
• Надлишок речовин, наприклад, воду, органічні кислоти, гормони,
• Чужорідні речовини, наприклад, ліки, нікотин.

Основні біохімічні процеси, що забезпечують виконання нирками їхньої екскреторної функції, - це процеси ультрафільтрації. Кров через ниркові судини потрапляє у порожнину ниркових клубочків, де проходить через 3 шари фільтрів. В результаті утворюється первинна сеча. Її кількість досить велика, і в ній ще містяться потрібні організму речовини. Далі вона надходить на додаткову переробку в проксимальних канальцях, де зазнає реабсорбції.

Реабсорбція - це просування речовин з канальця в кров, тобто їх повернення з первинної сечі. У середньому у людини в нирках за добу утворюється до 180 літрів первинної сечі, а виводиться лише 1-1,5 літра вторинної сечі. Саме в цій кількості сечі, що виводиться, і міститься все, що необхідно видалити з організму. Реабсорбції піддаються такі речовини, як білки, амінокислоти, вітаміни, глюкоза, деякі мікроелементи, електроліти. Насамперед зворотному всмоктуванню піддається вода, а разом з нею повертаються і розчинені речовини. Завдяки складній системі фільтрації у здоровому організмі в сечу не потрапляють білки, глюкоза, тобто їх виявлення у лабораторних аналізах говорить про неблагополуччя та необхідність з'ясування причини та лікування.

Гомеостатична функція нирок

Завдяки цій функції нирки підтримують в організмі водно-сольовий та кислотно-лужний баланс.

Основа регулювання водно-сольового балансу - це кількість рідини, що надходить і солей, кількість сечі, що виводиться (тобто рідини з розчиненими в ній солями). При надлишку натрію та калію підвищується осмотичний тиск, через це дратуються осмотичні рецептори, і у людини виникає спрага. Об'єм рідини, що виводиться, при цьому скорочується, а концентрація сечі збільшується. При надлишку рідини збільшується об'єм крові і концентрація солей зменшується, осмотичний тиск падає. Це сигнал для нирок працювати активніше, щоб вивести надлишки води та відновити баланс.
Процес підтримки нормального кислотно-лужного балансу (pH) здійснюють буферні системи крові та нирки. Зміна цього балансу на той чи інший бік призводить до зміни роботи нирок. Процес регулювання цього показника і двох частин.

По-перше, це зміна складу сечі. Так, зі збільшенням кислотної складової крові збільшується і кислотність сечі. Підвищення вмісту лужних речовин призводить до утворення сечі лужного характеру.

По-друге, при зміні кислотно-лужного балансу нирки виділяють речовини, які нейтралізують надлишки речовин, що призводять до дисбалансу. Наприклад, при підвищенні кислотності збільшується секреція Н+, ферментів глутамінази та глутаматдегідрогенази, піруваткарбоксилази.

Нирки регулюють фосфорно-кальцієвий обмін, тому при порушенні їх функцій може страждати опорно-руховий апарат. Цей обмін регулюється через утворення активної форми вітаміну D3, який спочатку утворюється в шкірі, а потім гідроксилюється у печінці, потім, остаточно, у нирках.

Нирки виробляють гормон глікопротеїн, який називають еритропоетином. Він впливає на стовбурові клітини кісткового мозку та стимулює утворення з них еритроцитів. Швидкість цього процесу залежить від кількості кисню, що надходить у нирки. Чим його менше, тим активніше утворюється еритропоетин, щоб завдяки більшій кількості еритроцитів забезпечити організм киснем.

Ще одна важлива складова метаболічної функції нирок – ренін-ангіотензин-альдостеронова система. Фермент ренін регулює судинний тонус і перетворює ангіотензиноген шляхом багатоступінчастих реакцій на ангіотензин II. Ангіотензин II має судинозвужувальну дію та стимулює вироблення корою надниркових залоз альдостерону. Альдостерон, у свою чергу, посилює реабсорбцію натрію та води, що збільшує об'єм крові та кров'яний тиск.

Таким чином, від кількості ангіотензину ІІ та альдостерону залежить кров'яний тиск. Але цей процес працює як би по колу. Від кровопостачання нирок залежить вироблення реніну. Чим нижчий тиск, тим менше надходить крові в нирки і більше виробляється реніну, а отже і ангіотензину ІІ та альдостерону. В цьому випадку тиск підвищується. При підвищеному тиску реніну утворюється менше, відповідно тиск знижується.

Оскільки нирки беруть участь у багатьох процесах у нашому організмі, проблеми, що виникають у їхній роботі, неминуче позначаються на стані та роботі різних систем, органів та тканин.

Нирки беруть участь в обміні білків, ліпідів та вуглеводів. Ця функція обумовлена ​​участю нирок у забезпеченні сталості концентрації у крові низки фізіологічно значимих органічних речовин. У ниркових клубочках фільтруються низькомолекулярні білки, пептиди. У проксимальному відділі нефрону вони розщеплюються до амінокислот або дипептидів та транспортують через базальну плазматичну мембрану в кров. При захворюваннях нирок ця функція може порушуватись. Нирки здатні синтезувати глюкозу (глюконеогенез). При тривалому голодуванні нирки можуть синтезувати до 50% від загальної кількості глюкози, що утворюється в організмі та надходить у кров. Для енерговитрат нирки можуть використовувати глюкозу або вільні жирні кислоти. При низькому рівні глюкози в крові клітини нирки більшою мірою витрачають жирні кислоти, при гіперглікемії переважно розщеплюється глюкоза. Значення нирок у ліпідному обміні полягає в тому, що вільні жирні кислоти можуть у клітинах нирок включатися до складу триацилгліцерину та фосфоліпідів та у вигляді цих сполук надходити в кров.

Регулювання діяльності нирок

В історичному плані цікаві досліди, що проводилися з роздратуванням або перерізанням еферентних нервів, що іннервують нирки. За цих впливів діурез змінювався незначно. Він мало змінювався, якщо нирки пересаджували на шию та артерію нирки підшивали до сонної артерії. Однак навіть у цих умовах вдавалося виробити умовні рефлекси на больове подразнення або водне навантаження, а також діурез змінювався при безумовно-рефлекторних впливах. Ці досліди дали підставу припустити, що рефлекторні впливи на нирки здійснюються не так через еферентні нерви нирок (вони порівняно мало впливають на діурез), а відбувається рефлекторне виділення гормонів (АДГ, альдостерону) і вони безпосередньо впливають на процес діурезу в нирках. Тому є всі підстави в механізмах регуляції сечоутворення виділити такі види: умовно-рефлекторна, безумовно-рефлекторна та гуморальна.

Нирка служить виконавчим органом у ланцюзі різних рефлексів, що забезпечують сталість складу та обсягу рідин внутрішнього середовища. У ЦНС надходить інформація про стан внутрішнього середовища, відбувається інтеграція сигналів та забезпечується регулювання діяльності нирок. Анурія, що настає при больовому подразненні, може бути відтворена умовно-рефлекторним шляхом. Механізм больової анурії ґрунтується на подразненні гіпоталамічних центрів, що стимулюють секрецію вазопресину нейрогіпофізом. Поряд з цим посилюються активність симпатичної частини нервової системи та секреція катехоламінів наднирниками, що і викликає різке зменшення сечовиділення внаслідок зниження клубочкової фільтрації, так і збільшення канальцевої реабсорбції води.

Не лише зменшення, а й збільшення діурезу може бути спричинене умовно-рефлекторним шляхом. Багаторазове введення води в організм собаки у поєднанні з дією умовного подразника призводить до утворення умовного рефлексу, що супроводжується збільшенням сечовиділення. Механізм умовнорефлекторної поліурії в даному випадку ґрунтується на тому, що від кори великих півкуль надходять імпульси до гіпоталамусу та зменшується секреція АДГ. Імпульси, що надходять адренергічними волокнами, стимулюють транспорт натрію, а по холінергічним - активують реабсорбцію глюкози і секрецію органічних кислот. Механізм зміни сечоутворення за участю адренергічних нервів обумовлений активацією аденілатциклази та утворенням цАМФ у клітинах канальців. Катехоламінчутлива аденілатциклаза є в базолатеральних мембранах клітин дистального звивистого канальця та початкових відділів збірних трубок. Аферентні нерви нирки відіграють істотну роль як інформаційна ланка системи іонної регуляції, забезпечують здійснення рено-ренальних рефлексів. Щодо гуморально-гормональної регуляції сечоутворення, то про це докладно було викладено вище.

Підготував Касимканов Н.У.

Астана 2015

Основною функцією нирок є виведення з організму води та водорозчинних речовин (кінцевих продуктів обміну речовин) (1). З екскреторною функцією тісно пов'язана функція регуляції іонної та кислотно-основної рівноваги внутрішнього середовища організму (гомеостатична функція). 2). Обидві функції контролюються гормонами. Крім того, нирки виконують ендокринну функцію, беручи безпосередню участь у синтезі багатьох гормонів (3). Зрештою, нирки беруть участь у процесах проміжного метаболізму (4), особливо в глюконеогенезі та розщепленні пептидів та амінокислот (рис.1).

Через нирки проходить дуже великий об'єм крові: 1500 л на добу. З цього обсягу фільтрується 180 л первинної сечі. Потім обсяг первинної сечі значно знижується з допомогою реабсорбції води, у результаті добовий вихід сечі становить 0,5-2,0 л.

Екскреторна функція нирок. Процес сечоутворення

Процес сечоутворення у нефронах складається із трьох етапів.

Ультрафільтрація (гломерулярна або клубочкова фільтрація). У клубочках ниркових тілець із плазми крові в процесі ультрафільтрації утворюється первинна сеча, ізоосмотична з плазмою крові. Пори, якими фільтрується плазма, мають ефективний середній діаметр 2,9 нм. При такому розмірі часу всі компоненти плазми крові з молекулярною масою (М) до 5 кДа вільно проходять через мембрану. Речовини з M< 65 кДа частично проходят через поры, и только крупные молекулы (М >65 кДа) утримуються порами і не потрапляють до первинної сечі. Оскільки більшість білків плазми мають досить високу молекулярну масу (М > 54 кДа) і заряджені негативно, вони утримуються гломерулярною базальною мембраною і вміст білків в ультрафільтраті незначно.

Реабсорбція. Первинна сеча концентрується (приблизно у 100 разів у порівнянні з вихідним об'ємом) за рахунок зворотної фільтрації води. Одночасно механізмом активного транспорту в канальцях реабсорбуються практично всі низькомолекулярні речовини, особливо глюкоза, амінокислоти, а також більшість електролітів -неорганічних і органічних іонів (рисунок 2).

Реабсорбція амінокислот здійснюється за допомогою групоспецифічних транспортних систем (переносників).

Кальцій-і фосфат-іони. Іони кальцію (Са 2+) та фосфат-іони майже повністю реабсорбуються у ниркових канальцях, причому процес йде з витратою енергії (у формі АТФ). Вихід за Са 2+ становить понад 99%, за фосфат-іонами – 80-90%. Ступінь реабсорбції цих електролітів регулюється паратгормоном (паратирином), кальцитоніном та кальцитріолом.

Пептидний гормон паратирин (ПТГ), секретований паращитовидною залозою, стимулює реабсорбцію іонів кальцію та одночасно інгібує реабсорбцію іонів фосфату. У поєднанні з дією інших гормонів кісткової тканини та кишечника це призводить до збільшення рівня іонів кальцію в крові та зниження рівня фосфат-іонів.

Кальцитонін, пептидний гормон із С-клітин щитовидної залози, інгібує реабсорбцію іонів кальцію та фосфату. Це призводить до зниження рівня обох іонів у крові. Відповідно, щодо регулювання рівня іонів кальцію кальцитонін є антагоністом паратирину.

Стероїдний гормон кальцитріол, що утворюється в нирках, стимулює всмоктування іонів кальцію та фосфат-іонів у кишечнику, сприяє мінералізації кісток, бере участь у регуляції реабсорбції іонів кальцію та фосфату у ниркових канальцях.

Іони натрію. Реабсорбція іонів Na+ із первинної сечі є дуже важливою функцією нирок. Це високоефективний процес: всмоктується близько 97% Na+. Стероїдний гормон альдостерон стимулює, а атріальний натрійуретичний пептид [АНП (ANP)], що синтезується в передсерді, навпаки, пригнічує цей процес. Обидва гормони регулюють роботу Na+/К+-АТФ-ази, локалізованої на тій стороні плазматичної мембрани клітин канальців (дистального відділу та збиральних трубочок нефрону), яка омивається плазмою крові. Цей натрієвий насос викачує іони Na+ із первинної сечі в кров в обмін на іони К+.

Вода. Реабсорбція води - пасивний процес, при якому вода всмоктується в осмотично еквівалентному обсязі разом з іонами Na + . У дистальній частині нефрону вода може всмоктуватися лише у присутності пептидного гормону вазопресину (антидіуретичного гормону, АДГ), секретованого гіпоталамусом. АНП пригнічує реабсорбцію води. тобто посилює виведення води з організму.

За рахунок пасивного транспорту всмоктуються іони хлору (2/3) та сечовина. Ступінь реабсорбції визначає абсолютну кількість речовин, що залишаються в сечі та екскретуються з організму.

Реабсорбція глюкози з первинної сечі - енергозалежний процес, пов'язаний з гідролізом АТФ. Разом про те він супроводжується супутнім транспортом іонів Na + (за градієнтом, оскільки концентрація Na + з первинної сечі вище, ніж у клітинах). За аналогічним механізмом всмоктуються також амінокислоти та кетонові тіла.

Процеси реабсорбції та секреції електролітів та неелектролітів локалізовані у різних відділах ниркових канальців.

Секреція. Більшість речовин, що підлягають виведенню з організму, надходять до сечі за рахунок активного транспорту в ниркових канальцях. До таких речовин відносяться іони H+ та К+, сечова кислота та креатинін, лікарські речовини, наприклад пеніцилін.

Органічні складові сечі:

Основну частину органічної фракції сечі становлять азотовмісні речовини, кінцеві продукти азотистого обміну. Сечовина, що утворюється у печінці. є переносником азоту, що міститься в амінокислотах та піримідинових основах. Кількість сечовини безпосередньо з метаболізмом білка: 70 г білка призводить до утворення ~30 г сечовини. Сечова кислота є кінцевим продуктом обміну пуринів. Креатинін, який утворюється за рахунок спонтанної циклізації креатину, є кінцевим продуктом обміну речовин м'язової тканини. Оскільки добове виділення креатиніну є індивідуальною характеристикою (воно прямо пропорційно до м'язової маси), креатинін може використовуватися як ендогенна речовина для визначення швидкості гломерулярної фільтрації. Вміст у сечі амінокислот залежить від характеру харчування та ефективності роботи печінки. У сечі є також похідні амінокислот (наприклад, гіппурова кислота). Вміст у сечі похідних амінокислот, що входять до складу спеціальних білків, наприклад гідроксипроліну, що є присутнім у колагені, або 3-метилгістидину, що входить до складу актину та міозину, може бути показником інтенсивності розщеплення цих білків.

Складовими компонентами сечі є кон'югати, що утворюються в печінці, з сірчаною і глюкуроновою кислотами, гліцином та іншими полярними речовинами.

У сечі можуть бути продукти метаболічної трансформації багатьох гормонів (катехоламінів, стероїдів, серотоніну). За вмістом кінцевих продуктів можна будувати висновки про біосинтезі цих гормонів в організмі. Білковий гормон хоріогонадотропін (ХГ, M 36 кДа), що утворюється в період вагітності, потрапляє в кров і виявляється у сечі імунологічними методами. Присутність гормону є показником вагітності.

Жовте забарвлення сечі надають урохроми – похідні жовчних пігментів, що утворюються при деградації гемоглобіну. Сеча темніє при зберіганні за рахунок окиснення урохромів.

Неорганічні складові сечі (рисунок 3)

У сечі присутні катіони Na ​​+ , K + , Ca 2+ , Mg 2+ і NH 4 + , аніони Cl - , SO 4 2- та НРО 4 2- і в слідових кількостях інші іони. Вміст кальцію та магнію у фекаліях істотно вищий, ніж у сечі. Кількість неорганічних речовин значною мірою залежить від характеру харчування. При ацидозі може сильно збільшитися екскреція аміаку. Виведення багатьох іонів регулюється гормонами.

Зміни концентрації фізіологічних компонентів та поява патологічних складових сечі використовуються для діагностики захворювань. Наприклад, при діабеті в сечі присутні глюкоза та кетонові тіла (додаток).

4. Гормональне регулювання сечоутворення

Обсяг сечі та вміст іонів у ній регулюється завдяки поєднаній дії гормонів та особливостям будови нирки. На обсяг добової сечі впливають гормони:

АЛЬДОСТЕРОН та ВАЗОПРЕССИН (механізм їхньої дії обговорювався раніше).

ПАРАТГОРМОН - гормон паращитовидної залози білково-пептидної природи (мембранний механізм дії, через цАМФ) також впливає на видалення солей з організму. У нирках він посилює канальцеву реабсорбцію Са +2 і Mg +2, збільшує екскрецію К+, фосфату, HCO 3 - і зменшує екскрецію H+ та NH4+. В основному це відбувається завдяки зниженню канальцевої реабсорбції фосфату. Одночасно в плазмі збільшується концентрація кальцію. Гіпосекреція паратгормону призводить до зворотних явищ – збільшення вмісту фосфатів у плазмі крові та до зниження вмісту Ca+2 у плазмі.

Естрадіол - жіночий статевий гормон. Стимулює синтез 1,25-діоксівітаміну D 3 посилює реабсорбцію кальцію і фосфору в ниркових канальцях.

Гомеостатична функція нирок

1) водно-сольовий гомеостаз

Нирки беруть участь у підтримці постійної кількості води шляхом впливу на іонний склад внутрішньо- та позаклітинних рідин. Близько 75% іонів натрію, хлору та води реабсорбується з клубочкового фільтрату в проксимальному канальці завдяки згаданому АТФазному механізму. При цьому активно реабсорбуються лише іони натрію, аніони переміщуються завдяки електрохімічному градієнту, а вода реабсорбується пасивно та ізоосмотично.

2) участь нирок у регуляції кислотно-лужної рівноваги

Концентрація іонів Н+ у плазмі та у міжклітинному просторі становить близько 40 нМ. Це відповідає величині рН 7,40. рН внутрішнього середовища організму повинен підтримуватися постійним, оскільки суттєві зміни концентрації прогонів не сумісні з життям.

Сталість рН підтримується буферними системами плазми, які можуть компенсувати короткочасні порушення кислотно-основного балансу. Тривале рН-рівновагу підтримується за допомогою продукції та видалення протонів. При порушеннях у буферних системах і при недотриманні кислотно-основного балансу, наприклад внаслідок захворювання нирок або збоїв у періодичності дихання через гіпо-або гіпервентиляцію, величина рН плазми виходить за допустимі межі. Зменшення величини рН 7,40 більш ніж на 0,03 одиниці називається ацидозом, а підвищення - алкалозом

Походження протонів. Існують два джерела протонів - вільні кислоти їжі та сірковмісні амінокислоти білків, отримані з їжею кислоти, наприклад, лимонна, аскорбінова та фосфорна, віддають протони в кишечнику (при лужному рН). У забезпечення балансу протонів найбільший внесок вносять метіонін і цистеїн, що утворюються при розщепленні білків амінокислоти. У печінці атоми сірки цих амінокислот окислюються до сірчаної кислоти, що дисоціює на сульфат-іон та протони.

При анаеробному гліколізі в м'язах та еритроцитах глюкоза перетворюється на молочну кислоту, дисоціація якої призводить до утворення лактату та протонів. Утворення кетонових тіл - ацетооцтової та 3-гідроксимасляної кислот - у печінці також призводить до звільнення протонів, надлишок кетонових тіл веде до перевантаження буферної системи плазми та зниження рН (метаболічний ацидоз; молочна кислота → лактацидоз, кетонові тіла. У нормальних умовах ці кислоти зазвичай метаболізують до 2 і Н 2 Про і не впливають на баланс протонів.

Оскільки для організму особливу небезпеку становить ацидоз, нирки мають спеціальні механізми боротьби з ним:

а) секреція Н+

Цей механізм включає процес утворення СО 2 в метаболічних реакціях, що протікають в клітинах дистального канальця; потім утворення Н 2 3 під дією карбоангідрази; подальшу дисоціацію її на Н+ та НСО 3- та обмін іонів Н+ на іони Na+. Потім натрій та бікарбонатні іони дифундують у кров, забезпечуючи її підлужування. Цей механізм перевірений в експерименті - введення інгібіторів карбоангідрази призводить до посилення втрат натрію з вторинною сечею та припиняється підкислення сечі.

б) амоніогенез

Активність ферментів амоніогенезу у нирках особливо висока в умовах ацидозу.

До ферментів амоніогенезу відносяться глутаміназ і глутаматдегідрогеназ:

в) глюконеогенез

Протікає в печінці та нирках. Ключовий фермент процесу – ниркова піруваткарбоксилаза. Фермент найбільш активний у кислому середовищі – цим він відрізняється від такого ж печінкового ферменту. Тому при ацидозі в нирках відбувається активація карбоксилази і кислореагуючі речовини (лактат, піруват) більш інтенсивно починають перетворюватися на глюкозу, яка не має кислих властивостей.

Цей механізм важливий при ацидозі, пов'язаному з голодуванням (при нестачі вуглеводів або загальній нестачі харчування). Накопичення кетонових тіл, які за своїми властивостями є кислотами – стимулює глюконеогенез. А це сприяє покращенню кислотно-лужного стану та одночасно забезпечує організм глюкозою. При повному голодуванні до 50% глюкози крові утворюються у нирках.

При алкалозі – гальмується глюконеогенез, (в результаті зміни рН пригнічується ПВК-карбоксилаза) гальмується секреція протонів, але одночасно посилюється гліколіз та збільшується утворення пірувату та лактату.

Метаболічна функція нирок

1) Утворення активної форми вітаміну D 3 .У нирках, внаслідок реакції мікросомального окислення відбувається заключний етап дозрівання активної форми вітаміну Д 3 - 1,25-діоксіхолекальциферолу. Попередник цього вітаміну - вітамін Д 3 синтезується в шкірі, під дією ультрафіолетових променів з холестерину, і потім гідроксилюється: спочатку в печінці (у положенні 25), а потім у нирках (у положенні 1). Таким чином, беручи участь в утворенні активної форми вітаміну Д 3 нирки впливають на фосфорно-кальцієвий обмін в організмі. Тому при захворюваннях нирок, коли порушуються процеси гідроксилювання вітаміну Д 3 може розвинутися ОСТЕОДИСТРОФІЯ.

2) Регуляція еритропоезу.У нирках виробляється глікопротеїн, названий нирковим еритропоетичним фактором (ПЕФ або Ерітропоетін). Він є гормоном, який здатний впливати на стовбурові клітини червоного кісткового мозку, які є клітинами-мішенями для ПЕФ. ПЕФ спрямовує розвиток цих клітин шляхом зритропоеза, тобто. стимулює утворення еритроцитів Швидкість виділення ПЕФ залежить від забезпечення нирок киснем. Якщо кількість кисню, що надходить, знижується, то збільшується вироблення ПЕФ - це веде до збільшення кількості еритроцитів в крові і поліпшення постачання киснем. Тому при захворюваннях нирок іноді спостерігається ниркова анемія.

3) Біосинтез білків.У нирках активно йдуть процеси біосинтезу білків, які необхідні іншим тканинам. Тут синтезуються деякі компоненти:

Системи зсідання крові;

Системи комплементу;

Системи фібринолізу.

У нирках у клітинах юкстагломерулярного апарату (ПІВДНЯ) синтезується РЕНІН

Ренін-ангіотензин-альдостеронова система працює в тісному контакті з іншою системою регуляції судинного тонусу: КАЛІКРЕЇН-КІНІНОВОЇ СИСТЕМИ, дія якої призводить до зниження артеріального тиску.

У нирках синтезується кініноген білок. Потрапляючи в кров, кініноген під дією серинових протеїназ – калікреїнів перетворюється на вазоактивні пептиди – кінини: брадикінін та калідин. Брадикінін і каллідін мають судинорозширювальний ефект - знижують артеріальний тиск. Інактивація кінінів відбувається за участю карбоксикатепсину – цей фермент одночасно впливає на обидві системи регуляції судинного тонусу, що призводить до підвищення артеріального тиску. Інгібітори карбоксикатепсину застосовуються з лікувальною метою при лікуванні деяких форм артеріальної гіпертензії (наприклад, препарат клофелін).

Участь нирок у регуляції артеріального тиску пов'язана також із виробленням простагландинів, які мають гіпотензивний ефект, а утворюються в нирках з арахідонової кислоти в результаті реакцій перекисного окислення ліпідів (ПОЛ).

4) Катаболізм білків.Нирки беруть участь у катаболізмі деяких білків, що мають низьку молекулярну масу (5-6 кДа) та пептидів, які фільтруються у первинну сечу. Серед них гормони та деякі інші БАВ. У клітинах канальців, під дією лізосомальних протеолітичних ферментів ці білки та пептиди гідролізуються до амінокислот, які надходять у кров та реутилізуються клітинами інших тканин.

1. Утворення активної форми вітаміну D 3 .У нирках внаслідок мікросомального окислення відбувається заключний етап дозрівання активної форми вітаміну D 3 – 1,25-діоксихолекальциферолу, Що синтезується в шкірі під дією ультрафіолетових променів з холестерину, і потім гідроксилюється: спочатку в печінці (у положенні 25), а потім у нирках (у положенні 1). Таким чином, беручи участь в утворенні активної форми вітаміну D 3 нирки впливають на фосфорно-кальцієвий обмін в організмі. Тому при захворюваннях нирок, коли порушуються процеси гідроксилювання вітаміну D 3 може розвинутися остеодистрофія.

2. Регуляція еритропоезу.У нирках виробляється глікопротеїн, названий нирковим еритропоетичним фактором (ПЕФ або еритропоетин). Це гормон, який здатний впливати на стовбурові клітини червоного кісткового мозку, які є клітинами-мішенями для ПЕФ. ПЕФ спрямовує розвиток цих клітин шляхом еритропоезу, тобто. стимулює утворення еритроцитів Швидкість виділення ПЕФ залежить від забезпечення нирок киснем. Якщо кількість кисню, що надходить, знижується, то збільшується вироблення ПЕФ - це веде до збільшення кількості еритроцитів в крові і поліпшення постачання киснем. Тому при захворюваннях нирок іноді спостерігається ниркова анемія.

3. Біосинтез білків.У нирках активно йдуть процеси біосинтезу білків, які необхідні іншим тканинам. Тут синтезуються також компоненти системи згортання крові, системи комплементу та системи фібринолізу.

У нирках синтезуються фермент ренін та білок кініноген, що беруть участь у регуляції судинного тонусу та артеріального тиску.

4. Катаболізм білків.Нирки беруть участь у катаболізмі деяких білків, що мають низьку молекулярну масу (5-6 кДа), та пептидів, які фільтруються в первинну сечу. Серед них гормони та деякі інші біологічно активні речовини. У клітинах канальців під дією лізосомальних протеолітичних ферментів ці білки та пептиди гідролізуються до амінокислот, які потім надходять у кров і реутилізуються клітинами інших тканин.

Великі витрати АТФ нирками пов'язані з процесами активного транспорту при реабсорбції, секреції та біосинтезом білків. Основний шлях отримання АТФ – це окисне фосфорилювання. Тому тканина нирки потребує значних кількостей кисню. Маса нирок становить 0,5% від загальної маси тіла, а споживання кисню нирками - 10% від усього кисню, що надходить.

7.4. РЕГУЛЯЦІЯ ВОДНО-СОЛЬОВОГО ОБМІНУ
І сечоутворення

Обсяг сечі та вміст іонів у ній регулюється завдяки поєднаній дії гормонів та особливостям будови нирки.

Ренін-ангіотензин-альдостеронова система. У нирках, у клітинах юкстагломерулярного апарату (ПІВД), синтезується ренін – протеолітичний фермент, який бере участь у регуляції судинного тонусу, перетворюючи ангіотензиноген на декапептид ангіотензин I шляхом часткового протеолізу. З ангіотензину I під дією ферменту карбоксикатепсину утворюється (теж шляхом часткового протеолізу) октапептид ангіотензин II. Він має судинозвужувальний ефект, а також стимулює вироблення гормону кори надниркових залоз - альдостерону.

Альдостерон– це стероїдний гормон кори надниркових залоз з групи мінералкортикоїдів, який забезпечує посилення реабсорбції натрію з дистальної частини ниркового канальця завдяки активному транспорту. Він починає активно секретуватись при значному зниженні концентрації натрію в плазмі крові. У разі низьких концентрацій натрію в плазмі крові під дією альдостерону може відбуватися практично повне видалення натрію з сечі. Альдостерон посилює реабсорбцію натрію та води у ниркових канальцях – це призводить до збільшення об'єму крові, що циркулює у судинах. В результаті підвищується артеріальний тиск (АТ) (рис. 19).

Мал. 19. Ренін-ангіотензин-альдостеронова система

Коли молекула ангіотензину-II виконає свою функцію, вона піддається тотальному протеолізу під дією групи спеціальних протез – ангіотензиназ.

Вироблення реніну залежить від кровопостачання нирок. Тому при зниженні АТ вироблення реніну збільшується, а при підвищенні – знижується. При патології нирок іноді спостерігається підвищений виробіток реніну і може розвиватися стійка гіпертензія (підвищення артеріального тиску).

Гіперсекреція альдостерону призводить до затримки натрію та води – потім розвивається набряк та гіпертонія, аж до серцевої недостатності. Недостатність альдостерону призводить до значної втрати натрію, хлоридів та води та зменшення обсягу плазми крові. У нирках одночасно порушуються процеси секреції H+ та NH4+, що може призводити до ацидозу.

Ренін-ангіотензин-альдостеронова система працює в тісному контакті з іншою системою регуляції судинного тонусу калікреїн-кініновою системою, Дія якої призводить до зниження АТ (рис. 20).

Мал. 20. Калікреїн-кінінова система

У нирках синтезується кініноген білок. Потрапляючи в кров, кініноген під дією серинових протеїназ – калікреїнів перетворюється на вазоактині пептиди – кінини: брадикінін та калідин. Брадикінін і каллідін мають судинорозширювальний ефект - знижують АТ.

Інактивація кінінів відбувається за участю карбоксикатепсину – цей фермент одночасно впливає на обидві системи регуляції судинного тонусу, що призводить до підвищення артеріального тиску (рис. 21). Інгібітори карбоксикатепсину застосовуються з лікувальною метою при лікуванні деяких форм артеріальної гіпертензії. Участь нирок у регуляції АТ пов'язана також з виробленням простагландинів, які мають гіпотензивний ефект.

Мал. 21. Взаємозв'язок ренін-ангіотензин-альдостероновий
та калікреїн-кінінової систем

Вазопресин- пептидний гормон, що синтезується в гіпоталамусі і секретується з нейрогіпофіза, має мембранний механізм дії. Цей механізм у клітинах-мішенях реалізується через аденілатциклазну систему. Вазопресин викликає звуження периферичних судин (артеріол), у результаті підвищується артеріальний тиск. У нирках вазопресин підвищує швидкість реабсорбції води з початкової частини дистальних звивистих канальців та збиральних трубочок. В результаті збільшується відносна концентрація Na, C1, P та загального N. Секреція вазопресину збільшується при підвищенні осмотичного тиску плазми крові, наприклад, при підвищенні споживання солі або зневодненні організму. Вважається, що дія вазопресину пов'язана з фосфорилюванням апікальної білків мембрани нирки, в результаті чого збільшується її проникність. При ураженні гіпофіза у разі порушення секреції вазопресину спостерігається нецукровий діабет – різке збільшення об'єму сечі (до 4-5 л) з низькою питомою вагою.

Натрійуретичний фактор(НУФ) – пептид, який утворюється у клітинах передсердя у гіпоталамусі. Це гормоноподібна речовина. Його мішені – клітини дистального відділу ниркових канальців. НУФ діє через гуанілатциклазну систему, тобто. внутрішньоклітинним посередником його є цГМФ. Результатом впливу НУФ на клітини канальців є зниження реабсорбції Na+, тобто. розвивається натрійурія.

Паратгормон– гормон паращитовидної залози білково-пептидної природи. Він має мембранний механізм дії через цАМФ. Впливає на видалення солей із організму. У нирках паратгормон посилює канальцеву реабсорбцію Ca 2+ і Mg 2+ , збільшує екскрецію К + , фосфату, НСО 3 - зменшує екскрецію H + і NH 4 + . В основному це відбувається завдяки зниженню канальцевої реабсорбції фосфату. Одночасно у плазмі збільшується концентрація кальцію. Гіпосекреція паратгормону призводить до зворотних явищ – збільшення вмісту фосфатів у плазмі крові та зниження вмісту Ca 2+ у плазмі.

Естрадіол- Жіночий статевий гормон. Стимулює синтез
1,25-діоксикальциферолу, посилює реабсорбцію кальцію та фосфору в ниркових канальцях.

На затримку деякої кількості води в організмі надає гормон надниркових залоз кортизон. І тут відбувається затримка виділення з організму іонів Na як наслідок – затримка води. Гормон тироксинпризводить до падіння маси тіла за рахунок посиленого виділення води, головним чином через шкіру.

Ці механізми перебувають під контролем центральної нервової системи. У регуляції водного обміну беруть участь проміжний мозок та сірий бугор мозку. Порушення кори головного мозку призводить до зміни роботи нирок в результаті прямої передачі відповідних імпульсів по нервових шляхах, або шляхом порушення деяких ендокринних залоз, зокрема, гіпофіза.

Порушення водного балансу при різних патологічних станах можуть призводити до затримки води в організмі, або до часткового зневоднення тканин. Якщо затримка води у тканинах має хронічний характер, зазвичай розвиваються різні форми набряків (запальні, сольові, голодні).

Патологічне зневоднення тканин зазвичай є наслідком виділення через нирки підвищеної кількості води (до 15-20 л сечі на добу). Таке посилене сечовиділення, що супроводжується сильною спрагою, спостерігається при нецукровому діабеті (diabetes insipidus). У хворих, які страждають на нецукровий діабет на ґрунті нестачі гормону вазопресину, нирки втрачають здатність концентрувати первинну сечу; сеча стає дуже розбавленою і має низьку питому вагу. Однак обмеження пиття при цьому захворюванні може провести до несумісного з життям зневоднення тканин.

Контрольні питання

1. Охарактеризуйте екскреторну функцію нирок.

2. У чому полягає гомеостатична функція нирок?

3. Яку метаболічну функцію виконують нирки?

4. Які гормони беруть участь у регуляції осмотичного тиску та обсягу позаклітинної рідини?

5. Опишіть механізм дії ренін-ангіотензинової системи.

6. У чому полягає взаємозв'язок ренін-альдостерон-ангіотензинової та калікреїн-кінінової систем?

7. Які порушення гормональної регуляції можуть бути причиною гіпертензії?

8. Зазначте причини затримки води в організмі.

9. Що причиною нецукрового діабету?

Нирки відносяться до органів організму людини, що найбільш добре постачаються кров'ю. Вони споживають 8% всього кисню крові, хоча їхня маса ледве досягає 0,8% маси тіла.

Корковий шар характеризується аеробним типом метаболізму, мозкова речовина – анаеробним.

Нирки мають широкий спектр ферментів, властивих всім активно функціонуючих тканин. Разом з тим вони відрізняються своїми «органоспецифічними» ферментами, визначення вмісту яких у крові при захворюванні нирок має діагностичне значення. До таких ферментів насамперед відноситься гліцин-амідо-трансфераза (вона активна також у підшлунковій залозі), що здійснює перенесення амідинової групи з аргініну на гліцин. Ця реакція є початковим етапом синтезу креатину:

Гліцин-амідо-трансфераза

L-аргінін + гліцин L-орнітин + глікоціамін

З ізоферментного спектру для кіркового шару нирок характерними є ЛДГ 1 та ЛДГ 2, а для мозкової речовини – ЛДГ 5 та ЛДГ 4 . При гострих ниркових захворюваннях у крові визначаються підвищена активність аеробних ізоферментів лактатдегідрогенази (ЛДГ 1 та ЛДГ 2) та ізоферменту аланінамінопептидази –ААП 3 .

Поряд із печінкою нирки є органом, здатним здійснювати глюконеогенез. Цей процес протікає у клітинах проксимальних канальців. Основним субстратом для глюконеогенезу служить глутамін, який одночасно виконує буферну функцію підтримки необхідної рН. Активація ключового ферменту глюконеогенезу фосфоенолпіруваткарбоксикінази – викликається появою в крові, що припливає, кислих еквівалентів . Отже, стан ацидозуприводить, з одного боку, до стимуляції глюконеогенезу, з іншого, – збільшення освіти NH 3 , тобто. нейтралізації кислих продуктів. Однак надлишковапродукція аміаку – гіперамонійемія – вже зумовлюватиме розвиток метаболічного алкалозу.Підвищення концентрації аміаку в крові є найважливішим симптомом порушення процесів синтезу сечовини у печінці.

Механізм утворення сечі.

У нирках людини налічується 1,2 млн. нефронів. Нефрон складається з кількох частин, що відрізняються морфологічно та функціонально: клубочка (гломерула), проксимального канальця, петлі Генле, дистального канальця та збірної трубочки. Щодобово гломерули фільтрують 180 л плазмою крові, що приноситься. У клубочках відбувається ультрафільтрація плазми, внаслідок чого утворюється первинна сеча.

У первинну сечу надходять молекули з молекулярною масою до 60 000 Так, тобто. білка у ній практично немає. Про фільтраційну здатність нирок судять на підставі величини кліренсу (очищення) тієї та іншої сполуки - кількості мл плазми, здатної повністю звільнитися від даної речовини при проходженні через нирку (докладніше в курсі фізіології).

Ниркові канальці здійснюють резорбцію та секрецію речовин. Ця функція для різних з'єднань різна і залежить від кожного відрізка канальця.

У проксимальних канальцях внаслідок всмоктування води та розчинених у ній іонів Na+, К+, Cl-, HCO3-. починається концентрація первинної сечі. Всмоктування води відбувається пасивно слідом за активно транспортованим Е1натрієм. Клітини проксимальних канальців реабсорбують також із первинної сечі глюкозу, амінокислоти, вітаміни.

У дистальних канальцях відбувається додаткова реабсорбція Na+. Всмоктування води відбувається незалежно від іонів натрію. У просвіт канальців секретуються іони До + , NH 4 + , H + (зауважимо, що К + , на відміну Na + , може як реабсорбуватися, а й секретуватися). У процесі секреції калій з міжклітинної рідини надходить через базальну плазматичну мембрану в клітину канальця рахунок роботи «К + -Na + -насоса», та був пасивно, шляхом дифузії, виділяється у просвіт канальця нефрону через апікальну клітинну мембрану. На рис. представлена ​​будова «К+-Na+-насоса», або К+-Na+-АТФ-ази (рис. 1)

Рис.1 Функціонування К+-Na+-АТФ-ази

У медулярному відрізку збірних трубочок йде остаточне концентрування сечі. Лише 1% рідини, профільтрованої нирками, перетворюється на сечу. У складальних трубочках вода реабсорбується через вбудовані аквопорини II (водні транспортні канали) під дією вазопресину. Щодобова кількість кінцевої (або вторинної) сечі, що має багаторазово більш високу осмотичну активність, ніж первинна, становить в середньому 1,5 л.

Реабсорбція та секреція різних сполук у нирках регулюється ЦНС та гормонами. Так, при емоційному та больовому стресах може розвинутися анурія (припинення сечовиділення). Всмоктування води підвищується під впливом вазопресину. Його нестача веде до водного діурезу. Альдостерон збільшує реабсорбцію натрію, а разом із останнім – і води. Паратирин впливає на всмоктування кальцію та фосфатів. Цей гормон збільшує екскрецію фосфатів, тоді як вітамін Д затримує її.

Роль нирок у підтримці кислотно-основної рівноваги. Постійність рН крові підтримується її буферними системами, легенями та нирками. Постійність рН позаклітинної рідини (і непрямим шляхом – внутрішньоклітинної) забезпечують легкі шляхом видалення СО 2 , нирки – за допомогою виведення аміаку та протонів та реабсорбцією бікарбонатів.

Основними механізмами у регуляції кислотно-основної рівноваги є процес реабсорбції натрію та секреція іонів водню, що утворюються за участю карбангідрази.

Карбангідраза (кофактор Zn) прискорює відновлення рівноваги при утворенні вугільної кислоти з води та вуглекислоти:

Н 2 Про + СО 2 ⇄ Н 2 СО 3 ⇄ Н + + НСО 3 –

При кислих значеннях рН підвищується РСО2 і разом із цим – концентрація СО 2 у плазмі крові. 2 вже в більшій кількості дифундує з крові в клітини ниркових канальців (). У ниркових канальцях під дією карбангідрази утворюється вуглекислота (  ), що дисоціює на протон та іон бікарбонату. Н + -іони за допомогою АТФ-залежного протонного насоса або шляхом заміни на Na + транспортуються () у просвіт канальця. Тут вони зв'язуються з НРВ 4 2- з утворенням Н 2 РВ 4 - . З протилежного боку канальця (що межує з капіляром) за допомогою карбангідразної реакції () утворюється бікарбонат, який спільно з катіоном натрію (котранспорт Na +) надходить у плазму крові (Рис. 2).

Якщо активність карбангідрази пригнічена, нирки втрачають здатність секретувати кислоту.

Мал. 2. Механізм реабсорбції та секреції іонів у клітині канальця нирки

Найважливішим механізмом, що сприяє збереженню натрію в організмі, є утворення нирок аміаку. NH3 використовується замість інших катіонів для нейтралізації кислих еквівалентів сечі. Джерелом аміаку в нирках служать процеси дезамінування глутаміну та окисного дезамінування амінокислот, насамперед глутамінової.

Глутамін – амід глутамінової кислоти, що утворюється при приєднанні до неї NH 3 ферментом глутамінсинтазою, або синтезований у реакціях трансамінування. У нирках амідна група глутаміну відщеплюється гідролітичним шляхом від глутаміну ферментом глутаміназою I. При цьому утворюється вільний аміак:

глутаміназ I

Глутамін Глутамінова кислота + NH 3

Глутаматдегідрогеназа

α-кетоглутарова

кислота + NH 3

Аміак може легко дифундувати в ниркові канальці і там легко приєднувати протони з утворенням іону амонію: NH 3 + Н + ↔NH 4 +