Клиническая химия в диагностике и лечении. Обмен натрия и воды обмен калия лечение диуретиками гомеостаз ионов водорода

• Название: Обмен натрия и воды обмен калия лечение диуретиками гомеостаз ионов водорода
• Анкор: Клиническая химия в диагностике и лечении.doc
• Дата: 24.05.2018
• Размер: 3.99 Mb.
• Имя файла: Клиническая химия в диагностике и лечении.doc
• Тип: Документы; #19588
• Категория: Биология. Ветеринария. Сельское хозяйство
• страница: 2 из 42

ПОЧКИ: ПОЧЕЧНЫЕ КАМНИ

почки

Почки обеспечивают экскрецию конечных продуктов обмена веществ и играют важную роль в поддержании постоянства состава внутренней среды организма, обеспечивая баланс воды и растворимых соединений. Нормальная функция почек зависит от ряда факторов: целостности клеток клубочков и канальцев, нормального кровоснабжения, нормальной секреции (и ее регуляции по принципу механизма обратной связи) гормонов, действующих на почки.

Прочими функциями почек, не рассматриваемыми далее в этой главе, являются образование эритропоэтина — гормона, стимулирующего эритропоэз (более подробно с этим вопросом можно ознакомиться по учебникам гематологии); образование ренина (с. 55); превращение 25-оксихолекальциферола в активный 1,25-диоксихолекальциферол (с. 263).

Пассивная фильтрация

Ежесуточно в просвет канальцев поступает около 200 л ультрафильтрата плазмы крови главным образом в результате фильтрации в клубочках (возможна также ультрафильтрация через пространства между клетками канальцев). Этот поток жидкости из крови обусловлен тем, что гидростатическое давление в капиллярах почек выше, чем в просвете канальцев. Любой фактор, уменьшающий эту разницу в давлении, снижает скорость фильтрации.

Поскольку такая фильтрация является процессом пассивным, фильтрат содержит диффундирующие компоненты примерно в тех же концентрациях, что и плазма. Например, ежедневно в 200 л фильтрата поступает около 30 000 ммоль натрия, 800 ммоль калия, 300 ммоль ионизированного кальция, 1000 ммоль (180 г) глюкозы и 800 ммоль (48 г) мочевины при их нормальной концентрации в плазме крови. Большой объем фильтрата позволяет эффективно удалять конечные продукты обмена веществ, такие как мочевину, но если бы основная масса воды и жизненно важных растворимых соединений не возвращались в организм, то в течение нескольких часов из-за недостаточности воды и электролитов наступила бы смерть.

Здоровая почка фильтрует лишь небольшие количества белка и связанных с белком соединений, причем большая их часть реабсорбируется. Обусловленное коллоидами осмотическое давление (с. 52) плазмы поэтому несколько выше, чем в содержимом капальцев; оно имеет тенденцию препятствовать фильтрации из-за наличия градиента гидростатического давления. Этот осмотический эффект выражен так слабо, что обычно им можно пренебречь.

Но следует помнить, что обильные внутривенные вливания могут привести к значительному разбавлению плазменных белков, а, следовательно, к развитию аномально высокой скорости фильтрации и нежелательной потери части введенной внутривенно жидкости.

Функция канальцев

От скорости фильтрации зависит общее количество фильтруемой воды и растворимых соединений, но не состав ультрафильтрата.

Хотя ежесуточно фильтруется примерно 200 л плазмы, при этом образуется лишь 2 л мочи. Ее состав значительно отличается от такового плазмы крови (а, слсловатслыю, ." фильтрата). Содержание отдельных компонентов мочи не только изменяется независимо друг от друга, но также варьирует в широких пределах в соответствии с потребностиями организма. Реабсорбция примерно 99 % общего объема ультрафильтрата и регуляция содержания отдельных растворимых соединений указывают на то, что в клетках канальцев происходит избирательный активный транспорт растворимых соединений против физикохимических градиентов. Этот процесс требует энергии, она поступает обычно в виде аденозинтрифосфата (АТФ). На активный транспорт отрицательно воздействуют гибель клеток, ферментные яды и гипоксия, нарушающие образование АТФ в процессе окислительного фосфорплирования.

Перенос зараженных ионов создает электрохимический градиент, препятствующий дальнейшему переносу. Это явление сводится к минимуму благодаря двум процессам — изоосмотическому транспорту и ионному обмену.

Изоосмотический транспорт, происходящий главным образом в проксимальной части канальцев, обеспечивает реабсорбцию основной массы компонентов ультрафильтрата, жизненно необходимых для организма. Активный транспорт одного иона приводит к пассивному передвижению несущего противоположный заряд иона в направлении, определяемом электрохимическим градиентов. Например, изоосмотическая реабсорбция натрия (Na⁺) зависит от наличия диффундирующих отрицательно заряженных ионов (таких как Сl-). Этот процесс является изоосмотическим, поскольку активный транспорт растворимых соединений вызывает соответствующее движение воды в этом же направлении. Изоосмотический транспорт происходит также в дистальной части нефрона, но в этом месте он менее существен.

Ионный обмен происходит преимущественно в более дистальных отделах нефрона; в этом месте он важен для тонкой регуляции процесса после завершения реабсорбции. В результате этого процесса происходит обмен ионов, имеющих одинаковый заряд, обычно катионов; при этом не создаются ни электрохимические, ни осмотические градиенты, следовательно, общее перемещение аниопов или воды незначительно. Например, Na⁺ может реабсорбироваться в обмен на выделение ионов калия (К⁺) или водорода (Н⁺). Процессы ионного обмена Na⁺ и Н⁺ происходят также в проксимальных отделах нефрона, но эти отделы более важны для реабсорбцип бикарбонатов, чем для тонкой регуляции состава мочи (см. главу IV).

Ряд других веществ, таких как фосфаты и ураты, могут как секретироваться в просвет почечных канальцев, так и реабсорбироваться.

В организме все клетки осуществляют оба типа транспорта ионов. Но в большинстве клеток механизмы переноса ионов (насосы) распределены равномерно на окружающей клетку мембране, и в результате их функционирования растворимые соединения проникают внутрь клетки или выходят из нее. В клетках почечных канальцев, кишечника, многих секреторных opганов такие насосы расположены на мембране, ограничивающей одну из поверхностей клетки. Они транспортируют растворимые соединения между просветом протока и кровью.

Клетки почечных канальцев не принимают существенного участия в превращениях таких конечных продуктов обмена веществ, как мочевина. В основном вся мочевина фильтрата попадает в мочу. Лишь небольшое ее количество пассивно диффундирует обратно вместе с водой. Концентрация мочевины в моче зависит от количества реабсорбированной воды.

Реабсорбция в лроксимальной части канальцев

В проксимальной части канальцев происходит активный процесс обратного всасывания из фильтрата более 70% натрия и ионизированного кальция, а также почти всего калия. Многие неорганические анионы следуют электрохимическому градиенту, а реабсорбция натрия ограничивается наличием в системе хлорида — основного диффундирующего аниона фильтрата (с. 127). Бикарбонат почти полностью регенерируется (хотя не путем обратного всасывания в строгом смысле этого слова) после процессов обмена с участием ионов натрия и водорода (см. главу IV). Специфические механизмы активного переноса обеспечивают почти полную реабсорбцию глюкозы, уратов и аминокислот. Фосфаты реабсорбируются не полностью, и их наличие в содержимом канальцев важно для обеспечения буферных свойств биологических жидкостей. Угнетение реабсорбции фосфатов паратиреоидным гормоном (ПГ) может происходить здесь или в более дистальных отделах канальцев, и именно оно вызывает развитие гипофосфатемии при избытке ПГ.

Изоосмотическая реабсорбция 70—80% воды фильтрата в проксимальных отделах канальцев зависит от описанного выше переноса растворимых соединений.

Таким образом, почти все пригодные для повторного использования питательные вещества и основная масса электролитов п воды реабсорбируются в проксимальных отделах капальцев. В просвете канальцев остаются почти полностью такие попавшие в

фильтрат конечные продукты обмена веществ, как мочевина и креатинин, которые не могут быть повторно использованы организмом.

От дистального до прокспмального отделов канальцев происходит тонкая гомеостатическая регуляция экскреции воды и растворимых соединении. Мы обсудим вопрос о перемещении воды в почках, а затем обрисуем в общих чертах регуляцию секреции растворимых соединений в дистальных отделах канальцев и в собирательном протоке.

Реабсорбция воды: концентрирование и разбавление мочи

Вода всегда реабсорбируется пассивно, следуя осмотическому градиенту. Для создания этого градиента необходим активный транспорт растворимых соединений. Процесс реабсорбции состоит из двух основных стадий: изоосмотической реабсорбции воды в проксимальных отделах канальцев и дифференцированной реабсорбции воды и растворимых соединений в петле Генло, дистальном отделе капальцев и собирательном протоке.

Изоосмотическая реабсорбция воды в проксимальном отделе канальцев. В нефроне реабсорбируется 99% воды фильтрата. От 70 до 80% воды (т. е. от 140 до 160 л ежедневно) возвращается в организм через проксимальные отделы канальцев.

Проксимальные отделы канальцев проходят через корковый слой почки; их стенки свободно проницаемы для воды. Активная реабсорбция растворимых веществ из фильтрата сопровождается пассивным обратным всасыванием осмотически эквивалентного количества воды. Скорость кровотока здесь высока; удаление растворимых веществ и воды происходит быстро. Процессы реабсорбцип воды и растворимых веществ совершаются почти одновременно. Жидкость, поступающая в петлю Генле, хотя и имеет значительно уменьшенный объем, остается почти изоосмотичной. Реабсорбция не может обеспечить нужную величину внеклеточной осмоляльности; она только возвращает в организм из фильтрата основную массу воды и растворимых веществ.

Дифференцированная реабсорбция воды и растворимых веществ в петле Генле, дистальном отделе канальцев и собирательном протоке. В норме ежедневно в петлю Генле поступает от 40 до 60 л воды. Этот объем далее уменьшается примерно до 2 л, но если организму требуется коррекция внеклеточной осмоляльности, то доля реабсорбируемой воды варьирует в зависимости от его потребностей. При крайне больших колебаниях в потреблении воды осмоляльность мочи может изменяться в пределах от 40 до 1400 ммоль/кг. (Сравните эти величины с нормальными для плазмы и. следовательно, для клубочкового фильтрата, составляющими примерно 290 ммоль/кг). Так как в проксимальном отделе канальца иет дифференцированной реабсорбции воды и растворимых веществ, корреляция должна происходить на участке нефрона от конца проксимального отдела канальца до конца собирательного протока.



Принято считать, что в процессах дифференцированной реабсорбции воды и растворимых веществ участвуют два механизма:

а) противоточного умножения — активного процесса в петле Генле, приводящего к возникновению высокой осмоляльностп в мозговом слое иочки; при этом осмоляльность мочи снижается. При функционировании этого механизма в отсутствие антидиуретического гормона (АДГ) образуется разбавленная (гипоосмоляльная) моча; б) противоточного обмена — пассивного процесса, протекающего только в присутствии АДГ и обеспечивающего реабсорбцию воды без растворимых веществ из дистальных отделов канальцев и собирательных протоков в восходящие прямые сосуды (vasa recta) по осмотическому градиенту, создаваемому противоточным умножением. Таким путем достигается концентрация мочи и разбавление плазмы.

Противоточное умножение. Согласно общепринятой теории, этот процесс происходит в петле Генле. Растворимые соединения подвергаются активному транспорту (перекачиванию) из восходящего в нисходящее колено петли Генле, тогда как жидкость протекает по петле. Имеются экспериментальные доказательства перекачивания в этом месте хлоридов.

Жидкость, поступающая в нисходящее колено из проксимального отдела канальца, почти изоосмоляльна, т. е. имеет равную с общим кровотоком осмоляльность. Она обычно несколько ниже 300 ммоль/кг, но для удобства при обсуждении мы будем пользоваться округленной величиной.

Предположим, что петля заполнена, перекачивание не происходит и состояние жидкости в петле постоянно. Осмоляльность по своей петле и в прилегающих медуллярных тканях будет примерно 300 ммоль/кг (рис. 1).



Допустим, что 1 ммоль/ кг растворимого соединения перекачивается из восходящего (В) в нисходящее (Н) колено петли Генле без изменения столба жидкогтп (рис. 2).

Если продолжать такое перекачивание в отсутствие перемещения жидкости, содержимое колена Н станет гиперосмоляльным, а колена В в такой же степени гипоосмоляльным.

Предположим теперь, что эта жидкость перемещается таким образом, что происходит сдвиг на две цифры, как это показано ниже на рис. 3.

По мере продолжения этого процесса все больше растворимых соединений перекачивается из колена В в колено Н (рис. 4).

Если в результате перемещения жидкости вновь произойдет сдвиг на две цифры ситуация будет следующей (рис. 5).

Если эти явления имеют место одновременно и непрерывно, то при непроницаемости для воды стенки дистальной части колена В, их следствиями будут: 1) увеличение осмоляльности у концов петли. Поскольку стенки петли проницаемы для воды и растворимых соединений, достигается осмотическое равновесие со всеми окружающими тканями и более глубокими медуллярными слоями почки, включая находящуюся в прямых сосудах кровь, которая также будет иметь повышенную осмоляльность; 2) выход гипоосмоляльной жидкости через восходящее колено.

Окончательный результат будет следующим (рис. 6). В отсутствие АДГ стенки дистальных отделов канальцев и собирательных протоков непроницаемы для воды, осмоляльность не меняется, и выводится гипоосмоляльная моча.

Противоточный обмен в сочетании с противоточным умножением имеют важное значение для концентрирования мочи. Оно может происходить только в присутствии АДГ и зависит от случайного взаиморасположения собирательных протоков и восходящих ветвей прямых сосудов, что определяется сближенностью в пространстве всех анатомических компонентов мозгового слоя мочи (рис. 7). Нисходящие ветви прямых сосудов и собирательные протоки также расположены близко друг к другу, но этот фактор оказывает лишь небольшое влияние на осмоляльность мочи. Воздействие АДГ делает стенки дистального отдела канальцев и собирательных протоков проницаемыми для воды, перемещение которой затем следует осмотическому градиенту, создающемуся в реоультаю lipu.iiiBulu'lHoru мни/конин. Моча, таким oGpa.io.vi. концентрируется по мере прохождения собирательных протоков через медуллярный слой почки с нарастающей гиперосмоляльностью. Такая нарастающая концентрация жидкости по мере ее перемещения вдоль протоков привела бы к уменьшению осмотического градиента, если бы не было противоточного перемещения еще более концентрированной крови в обратном направлении. Таким образом сохраняется этот градиент и вода реабсорбируется до тех пор, пока осмоляльность мочи не достигнет уровня, характерного для наиболее глубоких слоев почки (в 4 или 5 раз выше соответствующих величин для плазмы крови). Разбавленная кровь перемещается по направлению к корковомую слою почки и вскоре постукает в общий кровоток, способствуя снижению осмоляльности плазмы.

Вне зависимости от степени доказанности этих представлений с механизме описанных явлений ясно, что как концентрированно, так и разбавление мочи определяются активными процессами, которые нарушаются при повреждении канальцев.

Теперь рассмотрим более подробно функционирование этого механизма при крайних пределах поступления воды в организм с учетом того, что в норме происходит быстрая коррекция даже небольших изменений осмоляльности плазмы.

Избыточное поступление воды. Поступление в организм большого количества воды приводит к разведению внеклеточной жидкости. При этом снижение осмоляльности прекращает образование АДГ. Так как стенки собирательных протоков становятся непроницаемыми для воды, функционирует противоточное умножение и образуется разбавленная моча. Однако коррекция осмоляльности плазмы достигается только при переносе в общий кровоток гиперосмоляльной среды, созданной противоточным умножением.

Установлено, что при максимальном диурезе после водной нагрузки осмоляльность у конца собирательной трубки может достигать лишь 600 ммоль/кг, тогда как максимум составляет около 1400 ммоль/кг. Увеличение объема циркулирующей жидкости усиливает кровоток в почках. Более быстрое движение крови в прямых сосудах может способствовать вымыванию гиперосмоляльной среды мозгового слоя почек, возвращению части растворимых веществ (но не избытка воды) в общий кровоток.

Таким образом, с мочой не только выводится воды больше, чем в норме, но также больше растворимых соединений поступает в общий кровоток в результате реабсорбции. Гиперосмоляльность в мозговом слое почки, а следовательно, способность максимального концентрирования мочи могут полностью восстановиться до исходного уровня только через несколько дней после прекращения длительной водной нагрузки. Это следует учитывать при интерпретации результатов теста на концентрирование мочи в тех случаях, когда имеется подозрение на наличие полидипсии.



Ограниченное поступление воды. Ограниченное поступление воды приводит к повышению осмоляльности плазмы крови, что в свою очередь ведет к образованию АДГ и создает условия для противоточного обмена. Уменьшение объема циркулирующей крови замедляет кровоток в прямых сосудах почек. Это сопровождается повышением гиперосмоляльности в мозговом слое почек, обусловленным противоточным умножением и, следовательно, усилением противоточного обмена.

Осмотический диурез. При физиологических условиях наибольшее значение для создания определенного уровня осмоляльности клубочкового фильтрата имеют натрий и ассоциированные с ним анионы. За активным процессом удаления натрия из проксимального отдела канальцев следует пассивная реабсорбция воды. Предположим, что в кровотоке циркулирует значительное количество другого осмотически активного соединения, которое легко фильтруется в клубочках, но в проксимальных отделах канальцев практически не подвергается ни активной, ни пассивной реабсорбции. Таким соединением является маннит, который почти не диффундирует через клеточные мебраны. По мере того как реабсорбируготся вода и натрий, повышается концентрация маннита, осмотический эффект которого затрудняет дальнейшую диффизую воды. Поскольку реабсорбируется меньшее, чем обычно, количество воды, больший объем жидкости поступает в петлю Генле и протекает через систему канальцев. Скорость реабсорбции воды в дистальном отделе канальцев и в собирательных iipui'uKax ограничена, в результате чего из организма выводится большое количество воды. Отметим также, что осмотическое давление мочи в проксимальном отделе канальцев все еще равно таковому крови. Однако в содержимом канальцев натрий имеет меньшее значение для поддержания постоянства уровня осмотического давления, чем в крови. Присутствие маннита компенсирует эту разницу. Небольшое количество мочевины диффундирует обратно в проксимальный отдел канальцев, а основная часть глюкозы активно реабсорбируется. Однако если эти соединения фильтруются при высоких концентрациях, их реабсорбируется меньше, и тогда они действуют как осмотические диуретики.