Течійно-протитечійний механізм

Ефективна робота концентраційного механізму залежить від підтримання збільшуваного градієнта осмотичного тиску вздовж мозкових пірамід. Цей градієнт створюють петлі Генле, які діють як течійно-протитечійний множинний механізм, і прямих судин, що відіграють роль течійно-протитечійних обмінників.

Течійно-протитечійний механізм — це система, у якій вхідний потік на деякій відстані рухається паралельно до вихідного потоку в безпосередній близькості від нього, однак у протилежному напрямі.

Цей процес відбувається як у петлях Генле, так і в прямих судинах у мозковій речовині нирки (див. рис. 38-2).

Функція кожної петлі Генле як протитечійного помножувача залежить від активного транспортування йонів Na+ і СГ за межі товстої частини висхідного коліна (див. вище), високої проникності тонкої частини низхідного коліна для води (див. табл. 38-8), надходження рідини від проксимального відділу канальця та її відтікання у дистальний відділ канальця. Найліпше цей процес можна зрозуміти на підставі гіпотетичної моделі послідовних кроків для досягнення рівноваги. Щоправда, in vivo ці кроки не простежуються, і рівновага підтримується в будь-який момент часу (якщо осмотичний градієнт не “вимивається”). Ці кроки відображені на рис. 38-17 для моделі кіркового неф-рона без тонкої частини висхідної петлі. Спочатку уявимо ситуацію, коли осмотичний тиск уздовж низхідної та висхідної петель, а також у міжклітинному просторі становить 300 мосм/кг Н20 (див. рис. 38-17А). Тепер припустимо, що помпи у товстій частині висхідної петлі можуть випомпувати з канальцевої рідини в міжклітинну рідину 100 мосм/кг Na+ і СГ, збільшивши осмотичний тиск міжклітинної рідини до 400 мосм/кг Н20. У відповідь на це вода з тонкої частини низхідної петлі переходить у міжклітинну рідину, зрівноважуючи осмотичний тиск міжклітинної рідини і рідини у тонкій частині висхідної петлі (див. рис. 38-17В). Проте в тонку частину висхідної петлі постійно надходить рідина з проксимального відділу канальця, осмотичний тиск якої становить 300 мосм/кг Н20 (див. рис. 38-17С), отже, зменшується градієнт, проти якого відбувається викачування Na+ і СГ, і ще більше цих йонів надходить у міжклітинну рідину (див. рис. 38-17). Водночас до дистального відділу канальця надходить гіпо

тонічна рідина, а ізотонічна, та в подальшому гіпертонічна рідина надходить у товсту частину висхідного коліна. Цей процес багаторазово повторюється, що призводить у кінцевому підсумку до створення градієнта осмотичного тиску між верхньою та нижньою частинами петлі.

У юкстамедулярних нефронах, які мають значну довжину петель і тонких висхідних колін, осмотичний градієнт простежується на значній довжині, і осмотичний тиск на верхівці петлі є найбільшим. Причина цього та, що тонка частина висхідного коліна порівняно непроникна для води, але проникна для йонів Na+ та СГ. Отже, Na+ і СГ переміщаються за концентраційними Градієнтами в міжклітинний простір, що зумовлює додаткове пасивне протите-чійне помноження. Чим більша довжина петлі Генле, тим вищий осмотичний тиск виникає на верхівці піраміди.

Осмотичний Градієнт у мозкових пірамідах не був би довго, якби Na+ і сечовина, які містяться в міжклітинних проміжках, потрапляли у кровообіг. Ці речовини є в пірамідах тому, що прямі судини відіграють роль протите-чійних обмінників (рис. 38-18). Вони дифундують з кровоносних судин, які проходять до кіркового шару, у судини, що опускаються в піраміди. На противагу цьому вода дифундує з низхідних судин у фенестровані висхідні судини. Отже, електроліти та інші розчинені речовини мають тенденцію повертатись до кровоносного русла кіркового шару, а вода оминає його, внаслідок чого підтримується підвищений осмотичний тиск. Вода зі збірних трубок, також виходить по прямих судинах і вливається в загальний кровообіг. Протитечійний обмін — це пасивний процес, який залежить від руху води, і він не зміг би забезпечити градієнт осмотичного тиску вздовж пірамід, якби процес протитечійного помноження в петлях Генле припинився.

Варто зазначити, що в петлі Генле і збірних трубочках (під впливом вазопресину) створюється дуже значний осмотичний градієнт. Власне протитечійна система уможливлює це, розподіляючи градієнт уздовж сукупності канальців загальною довжиною понад 1 см, ніж створюючи його по різні боки шару клітин лише декілька мікрометрів завтовшки. У тварин є інші приклади протитечійних систем. Один з них — теплообмін між артеріальними та венозними судинами кінцівок. Цей процес незначно простежується і в людини, однак найбільше виражений у ссавців, які живуть у холодній воді. Тепло передається з артеріальної крові, що йде до кінцівок, у венозну, яка надходить до тулуба, внаслідок чого дистальні частини кінцівок є холодними, а організм у цілому економить тепло.

                                                                                                                                                                  

Роль сечовини

Сечовина також бере участь у створенні осмотичного градієнта в мозкових пірамідах і концентруванні сечі в збірних трубочках. Її транспортують специфічні транспортери; найвірогідніше, це відбувається шляхом полегшеної дифузії. Є принаймні чотири ізоформи транспортного білка в нирках: UT-A (від UT-A1 до UT-A4), і UT-B, що містяться в еритроцитах. Сечовина рухається за межі проксимального канальця, однак, за винятком внутрішньої частини збірної трубочки, решта канальцевого епітелію непроникна для цієї речовини. Отже, внаслідок видалення води з петлі Генле та дистального відділу канальця концентрація сечовини у канальцевій рідині збільшується. Проте на рівні

ТЧНК МРМ ТЧВК

, 1 t

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

300

1 300 /

300

300

300

300

300

300

300

300

400

400

400

400

400*

400-

400-

400-

400 І 400

-200 ■200 ■ 200 -200 ■200 ■200 ■ 200 ■200

Е 1 t F

G I t Н

Рис. 38-17. Механізм дії петлі Генле як потокового помножувача, який створює ґрадієнт осмотичного тиску в міжклітинній рідині мозкового шару нирки (МРМ); ТЧНК — тонка частина низхідного коліна петлі Генле; ТЧВК — товста частина висхідного коліна петлі Генле. Процес створення ґрадієнта зображено у вигляді гіпотетичної послідовності кроків, починаючи з А, де осмотичний тиск в обох колінах і міжклітинній рідині становить 300 мосм/кг. Помпи, що містяться в товстій частині висхідного коліна петлі Генле, переміщають Na+ та СІ у міжклітинну рідину, збільшуючи осмотичний тиск до 400 мосм/кг. Таким способом досягається рівновага з рідиною в тонкій частині низхідного коліна петлі Генле. Водночас продовжує надходити ізотонічна рідина в тонку частину низхідного коліна та виводиться гіпотонічна рідина за межі товстої частини висхідного коліна. Внаслідок циклічного повторення цього процесу рідина, що виходить з товстої частини висхідного коліна, стає щораз гіпотонічнішою, тоді як на верхівці петлі Генле накопичується рідина з надзвичайно високим осмотичним тиском (модифіковано та відтворено за дозволом з Johnson LR, Essential Medical Physiology, Raven Press, 1992).

внутрішнього мозкового отвору збірної трубочки сечовина переходить у міжклітинну рідину ниркових пірамід, що збільшує осмотичний тиск цієї рідини. Сечовину в тій частині збірної трубочки транспортує транспортний білок UT-A1, функція якого регульована вазопресином. Із клітин нирок кролів виділено інший вазопресинозалежний транспортний білок сечовини з 10 трансмембранними доменами. Коли без впливу вазопресину осмотичний тиск каналь-цевої рідини на рівні внутрішньої частини збірної трубочки у мозковій речовині знижується, то сечовина переходить з міжклітинної рідини у просвіт канальця, і ґрадієнт осмотичного тиску зменшується. Кількість сечовини в інтер-стиції мозкової речовини і, відповідно, в сечі, залежить від її надходження, що, відповідно, пов’язане із кількістю спожитого білка. Отже, дієта із високим вмістом білка підвищує здатність нирок концентрувати сечу.

                                                                                                                                                                  

Водний діурез

Механізм зворотного зв’язку, що регулює секрецію вазопресину залежно від осмотичного тиску плазми, розгля

нутий у Розділі 14. Після вживання значної кількості гіпотонічної рідини виділення води починається через 15 хв і досягає максимуму упродовж 40 хв. Акт ковтання рідини сам по собі призводить до незначного зменшення секреції вазопресину, однак головною причиною її зменшення є зниження осмотичного тиску плазми крові внаслідок всмоктування води.

                                                                                                                                                                  

Водне отруєння

Максимальна швидкість сечовиділення — 16 мл/хв. Якщо всмоктування рідин відбувається зі швидкістю, що перевищує це значення, то вода з гіпотонічної ПКР починає надходити у клітини, що призводить до їхнього набряку і в рідкісних випадках-до клінічно вираженого водного отруєння. Набряк клітин мозку спричинює судоми і кому, що в кінцевому підсумку призводить до смерті. Водне отруєння може виникати, якщо після введення препаратів вазопресину не було відповідно зменшено приймання рідини, або внаслідок посилення секреції вазопресину у відповідь на неос-мотичні чинники, такі, наприклад, як хірургічна травма.

ФУНКЦІЯ НИРОК І СЕЧОВИПУСКАННЯ / 659

Рис. 38-18. Прямі судини і потоковий помножувач у нирці; NaCI і сечовина шляхом дифузії переходять з висхідного коліна у низхідне, тоді як вода — з низхідного коліна у висхідне.

                                                                                                                                                                  

Осмотичний діурез

Наявність у ниркових канальцях великої кількості речовин, які не піддались абсорбції, призводить до збільшення об’єму сечі, яке називають осмотичним діурезом. Речовини, які не реабсорбуються в проксимальних канальцях, чинять значний осмотичний вплив, оскільки зі зменшенням об’єму рідини їхня концентрація збільшується. Отже, вони “затримують воду” в канальцях. Треба також зазначити, що йони Na+ не можуть необмежено виводитись за межі канальця, є певний ліміт градієнта їхньої концентрації. В нормі реабсорбція води з проксимального канальця перешкоджає будь-яким відчутним змінам концентраційних Градієнтів, та коли швидкість реабсорбції води зменшується, то зменшується також і концентрація Na+. Це відбувається внаслідок наявності в канальцевій рідині значної кількості різноманітних нереабсорбованих сполук. У разі досягнення граничного значення концентраційного Градієнта подальша реабсорбція Na+ припиняється, і в каналь-ці залишається більша кількість Na+ та, відповідно, затримується рідина. Внаслідок описаних вище процесів збільшується об’єм ізотонічної рідини в петлі Генле. Ця рідина має меншу концентрацію Na+, ніж вихідна, однак загальна кількість йонів Na+, що надходять у петлю Генле за одиницю часу, збільшується. В петлі Генле реабсорбція води і Na+ послаблюється, бо знижується осмотичний тиск рідини в мозковому шарі нирки. Це зниження зумовлене передусім, послабленням реабсорбції Na+, К+, і СГ у висхідному коліні петлі Генле, бо граничний концентраційний градієнт Na+ уже досягнутий. Через дистальний відділ канальця проходить більший об’єм рідини. Внаслідок зменшення гра

дієнта осмотичного тиску вздовж ниркових пірамід у збірних трубочках реабсорбується менше води. Завдяки цьому значно збільшується об’єм сечі і виведення з нею Na+ та інших електролітів.

Осмотичний діурез зумовлюють такі речовини, як манітол (препарат групи осмотичних діуретиків) та інші полісахариди, які піддаються фільтрації, але не реабсорбуються. Це явище можуть спричинювати і деякі природні сполуки, якщо вони надходять у кількостях, що перевищують реабсорбційну здатність канальців. Наприклад, у разі цукрового діабету глюкоза, що затримується в канальцях, зумовлює поліурію, коли її фільтраційне навантаження перевищує Тмг Осмотичний діурез можна спричинити довенним уведенням великої кількості NaCI або сечовини.

Важливо розрізняти осмотичний і водний діурез. У випадку водного діурезу об’єм рідини, що реабсорбується в проксимальній частині нефрона, нормальний; максимальна швидкість сечовиділення становить близько 16 мл/хв. У разі осмотичного діурезу посилене сечовиділення відбувається внаслідок зменшення реабсорбції води в проксимальній частині канальця і в петлі Генле; у цьому разі може простежуватись виділення дуже великої кількості сечі. Незважаючи на максимальну здатність секреції вазопресину, концентрація сечі наближається до концентрації плазми крові (рис. 38-19), оскільки щораз більшу частину сечі становить ізотонічна рідина проксимального канальця. Якщо осмотичний діурез створюється у піддослідної тварини, яка має нецукровий діабет, то концентрація сечі, навпаки, збільшується з тієї ж самої причини.

                                                                                                                                                                  

Зв’язок концентрації сечі та швидкості клубочкового фільтрування

Значення осмотичного градієнта вздовж мозкових пірамід збільшується, якщо швидкість плину рідини через петлі Генле зменшується. Зменшення ШКФ, наприклад, унаслідок збезводнення, призводить до зменшення об’єму рідини, що надходить до течійно-протитечійного механізму, внаслідок чого зменшується швидкість плину рідини через петлі Генле і сеча стає концентрованішою. Якщо ШКФ значно зменшується, то сеча стає досить концентрованою навіть без впливу вазопресину. Якщо ж у піддослідної тварини з нецукровим діабетом частково перетиснути одну ниркову артерію, то сеча, що виділяється з цієї нирки, буде гіпертонічною внаслідок зменшення ШКФ, тоді як сеча з протилежного боку — гіпотонічною.

                                                                                                                                                                  

Кліренс ВІЛЬНОЇ рідини

З метою оцінити втрати чи, навпаки, зберегти рідину внаслідок екскреції концентрованої чи розведеної сечі часто обчислюють кліренс вільної рідини (КН2о). Це різниця між об’ємом сечі та кліренсом розчинених у ній речовин (Косм):

де V — швидкість сечовиділення; Сосм і Посм — відповідно, осмотичні тиски сечі і плазми. Отже, К — це кількість води, що потрібна для екскреції осмотичного навантаження, яке міститься в сечі, ізотонічної до плазми крові. Зна-

Осмотичне навантаження, мосм/хв

Рис. 38-19. Приблизний зв’язок між концентрацією сечі та її плином у разі осмотичного діурезу в людини. Штрихова лінія на нижньому графіку показує концентрацію, за якої осмотичний тиск сечі та плазми крові вирівнюється (відтворено за дозволом з Berliner RW, Giebisch G: Best and Taylor’s Physiological Basis of Medical Practice, 9th ed. Williams & Wilkins, 1979).

чення, KH2o від’ємне, якщо сеча гіпертонічна, і додатне, якщо вона гіпотонічна. У табл. 38-8, наприклад, наведені такі дані: за максимального антидіурезу значення КН20 становить -1,3 мл/хв (-1,9 л/добу), а без дії вазопресину

14,5 мл/хв (20,9 л/добу).

                                                                                                                                                                  

ОКИСНЮВАННЯ СЕЧІ ТА ЕКСКРЕЦІЯ БІКАРБОНАТУ

                                                                                                                                                                  

Секреція Н+

Клітини проксимальних і дистальних відділів ниркових канальців, подібно до клітин шлункових залоз, виконують секрецію йонів Н+ (див. Розділ 26). Ацидифікація відбувається також у збірних трубочках. Головним процесом, за допомогою якого секретуються Н+ у проксимальних канальцях, eNa+-H+ обмін (рис. 38-20). Це приклад вторинного активного транспортування; N а’ -К+-AT Ф-аза витісняє йони Na+ з клітин у міжклітинну рідину, що призводить до зменшення внутрішньоклітинної концентрації Na+. Завдяки

І І

Інтерстиційна ^ Клітина ниркового канальця | Просвіт

рідина і, J канальця

Na+

К+

нсо3

со2 + н2о

Карбан-

гідраза

н2со3

+ Н

:‘’ттттютттт

О

J

Na+

Н+

Рис. 38-20. Секреція кислот клітинами проксимального відділу ниркового канальця; Н+ переходить у просвіт канальця за допомогою антипорта в обмін на йон Na+. Активне транспортування за допомогою Ма++-АТФ-ази позначено стрілками у колі. Штриховими лініями позначено дифузію. Порівняйте з рис. 26-10.

цьому Na+ починає надходити всередину клітин із каналь-цевої рідини; у цьому разі відбувається витіснення одного йона Н+. Иони Н+ утворюються внаслідок внутрішньоклітинної дисоціації Н2С03, а НС03~, що виникає в цьому випадку, шляхом дифузії потрапляє в міжклітинну рідину. Отже, в обмін на секрецію кожного йона Н+ у міжклітинну рідину надходить один йон Na+ і один йон НС03~.

Каталізатором реакції утворення Н2С03є ензим карбан-гідраза. Медикаментозні лікарські препарати, які інгібують його, водночас пригнічують секрецію Н+ у проксимальних відділах ниркових канальців і всі пов’язані з цим біохімічні реакції.

Уважають, що в секреції Н+ у проксимальній частині канальця беруть участь також інші нагнітальні системи, однак їхнє існування однозначно не доведено. В будь-якому випадку, вони відіграють незначну роль порівняно з Na++-обмінним механізмом. У дистальній частині канальця та збірних трубочках простежується цілком протилежна ситуація, адже там секреція Н+ практично не залежить від концентрації Na+ в канальцевій рідині. У цих ділянках канальця більшу частину Н+ секретує АТФ-залежна протонна помпа. Альдостерон діє на цю помпу, збільшуючи секрецію Н+ у дистальній частині канальця. Вставні клітини (І-клітини) в цій ділянці ниркового канальця секре-тують Н+ і, подібно до парієтальних клітин слизової шлунка, містять значну кількість карбангідрази та численні ту-буловезикулярні структури. В літературі є дані про те, що в цих пухирцях і у внутрішній мембрані епітеліальних клітин канальців міститься так звана ЇГ-транслокувальна АТФ-аза, яка, власне, і продукує Н+. У разі ацидозу кількість протонних помп збільшується внаслідок вставлення цих тубуловезикул в повернений до просвіту канальця бік клітинної мембрани. Деяку кількість Н+ секретує Н -К -АТФ-

ФУНКЦІЯ НИРОК І СЕЧОВИПУСКАННЯ / 661

аза. У базолатеральній мембрані І-клітин міститься так званий Band 3 — аніоно-обмінний білок, який, імовірно, відіграє роль СГ-НС03~-обмінника в процесі перенесення НС03 у міжклітинну рідину.

                                                                                                                                                                  

Метаболізм Н+ у сечі

Інтенсивність секреції кислот залежить від процесів, описаних нижче. Для нирок кожного біологічного виду характерний максимальний градієнт концентрації Н+, за якого транспортні механізми ще здатні виконувати активне транспортування. У людини цей градієнт відповідає pH сечі близько 4,5, тобто концентрації йонів Н+, яка в 1000 разів перевищує їхню концентрацію в плазмі крові. Отже, pH

4,5 — це граничне значення pH сечі. В нормі саме таким є pH рідини у збірних трубочках. Якби не було буферних систем, які “зв’язують” Н+ у сечі, то граничне значення pH досягалось би дуже швидко, і секреція Н+ припинялась би. Однак є три важливі хімічні реакції, за допомогою яких надлишок вільних йонів Н+ легко виходить з канальцевої рідини, що дає змогу виконувати подальшу секрецію кислот (рис. 38-21). Це реакції з НС03~ із утворенням С02 і Н20, із НР042- з утворенням Н0РО4~, та з NH3 із утворенням NH/.

                                                                                                                                                                  

Реакції з буферними системами

Механізм роботи буферних систем розглянутий у Розділах 1 та 39. Значення рК’ бікарбонатної системи становить 6,1, фосфатної — 6,8, аміачної — 9,0. Концентрація НС03~ у плазмі, і, як наслідок, у клубочковому фільтраті в нормі становить 24 мекв/л, тоді як концентрація фосфату -лише 1,5 мекв/л. Отже, у проксимальній частині канальця більша частина Н+ реагує із НС03‘ з утворенням Н2С03 (див. рис. 38-21). Відповідно, Н2С03 розпадається на С02 і Н20. Щіточкова облямівка клітин проксимального (але не дистального) канальця містить карбангідразу, це полегшує утворення С02 і Н20 в канальцевій рідині. Водночас С02, який легко дифундує через усі біологічні мембрани, надходить у канальцеві клітини, де він поповнює пул С02, використовуваний для синтезу Н2С03. Оскільки переважна більшість Н+ виходить із канальця, то pH канальцевої рідини помітно не змінюється. Власне цей процес є механізмом, за допомогою якого відбувається реабсорбція НС03_: на кожен моль НС03_, що виходить з канальцевої рідини, шляхом дифузії 1 моль НС03_ переходить з канальцевих клітин у кров, хоч це не є той самий моль, який перейшов від канальцевої рідини.

Виділений Н+ взаємодіє з двоосновним фосфатом (НР042-), унаслідок чого утворюється одноосновний фосфат (Н2Р04). Цей процес найбільше виражений у дистальній частині канальця і у збірних трубочках, бо власне тут унаслідок реабсорбції води накопичується найбільша кількість йонів фосфату, які не були реабсорбовані в проксимальній частині канальця. Реакція з NH3 відбувається як у дистальній, так і в проксимальній частинах канальця: йон Н+ з’єднується й з іншими буферними аніонами, та значно менше.

Кожен йон Н+, що реагує з буферними системами, є внеском до так званої титраційної кислотності сечі, яку визначають як кількість лугу, який треба додати до сечі, щоб її pH становив 7,4, що відповідає pH клубочкового

фільтрату. Проте очевидно, що титраційна кислотність відображає лише частину Н+, яка була секретована, оскільки в цьому разі не врахована Н2С03, що перетворилась на Н20 і С02. Крім цього, рК» амонійної системи становить 9,0, а вона титрується тільки від pH сечі до 7,4, отже, її внесок до титраційної кислотності сечі є дуже незначним.

                                                                                                                                                                  

Секреція аміаку

Унаслідок хімічних реакцій у клітинах ниркових каналь-ців утворюються NH4+ і НС03_. Йон NH4+ перебуває у стані рівноваги із системою NH3 + Н+ усередині клітин. Оскільки рК» цієї реакції дорівнює 9,0, то співвідношення між NH3 і NH4+ при pH 7,0 становить 1:100 (рис. 38-22). Крім того, NH3 є жиророзчинною сполукою і тому за концентраційними градієнтами легко переходить через клітинні мембрани у міжклітинну рідину і канальцевий фільтрат. У сечі він реагує з Н+, утворюючи NH4+, який залишається в сечі.

Головною реакцією, унаслідок якої в клітинах утворюється NH4+, є перетворення глутаміну у глутамат. Каталізатор цієї реакції — ензим глутаміназа, наявний у значній кількості в клітинах ниркових канальців (див. рис. 38-22). Глутамінова дегідрогеназа каталізує перетворення глута-мату в а-кетоглутарат з утворенням додаткової кількості NH4+. З подальшим перетворенням а-кетоглутарату споживається 2 Н+, унаслідок чого вивільнюється 2 НС03~.

Інтерстиційна jКлітина ниркового * Просвіт

рідина

канальця

канальця

Na*«X

НС03«

Na*

нсо —

нсо;

нсо,-

Na*4-

ts

і

І

НС03— исо;

Na+ + НСО,

©-4* ® + нсОз

! І

©-

©■

NhT‘

С02 + Н20 Na+ Na+ НР042

—© t

Na+ Н2Р04_ Na* А

■©’

NH,

nh/ а

Рис. 38-21. Метаболізм Н+, секретованого у канальцеву рідину в обмін на Na+. Угорі: реабсорбція бікарбонатів за допомогою С02. У центрі: утворення одноосновного фосфату. Унизу: утворення аміаку. Зверніть увагу, що на кожен секретований йон Н+ виділяється один Na+ і один НС03~; А~ — аніон.

nh; nh3 + н+

pH = pK’

+ log

[NHJ

[nh;]

Глютаміназа

Глютамін -► Глютамат + NH4+

Глютамін-

дегідрогеназа

Глютамат-► а-Кетоглютарат + NH4+

Рис. 38-22. Головні реакції утворення аміаку в нирках. Див. також Розділ 17.

У разі хронічного ацидозу екскреція NH4^ посилюється. Це простежується за будь-якого значення pH, оскільки більша кількість NH3 надходить у канальцеву рідину. Це явище отримало назву адаптації секреції NH3, його причину ще остаточно не з’ясовано. Адаптація секреції NH3 призводить до посилення секреції Н+.

Процес, завдяки якому NH3 секретує у сечу і в подальшому перетворюється на NH4+, унаслідок чого підтримується концентраційний Градієнт NH3, називають нейонною дифузією (див. Розділ 1). Секреція саліцилатів та деяких інших медикаментів, які є слабкими основами чи слабкими кислотами, відбувається також шляхом нейонної дифузії. Швидкість їхнього екскретування залежить від pH сечі.

                                                                                                                                                                  

Зміни pH у різних відділах нефрона

У проксимальному канальці простежується незначне зменшення pH, та, як зазначено вище, екскреція Н» не має значного впливу на pH канальцевої рідини з причини утворення С02 і Н20 з Н2С03. На противагу цьому, клітини дистальної частини канальця значно менше здатні до секреції Н+, однак секреція саме на цьому відрізку найбільше впливає на pH сечі.

                                                                                                                                                                  

Фактори, що впливають на секрецію Н+

Секреція кислот з сечею змінюється під впливом Рсо2 всередині клітини, концентрації К+, рівня карбангідрази і концентрації гормонів кори надниркових залоз. Якщо Рсс>2 високий (респіраторний ацидоз), то більше Н2С03 доступно для зв’язування гідроксильних йонів і секреція кислот посилюється, тоді як зі зниженням РСо2 простежуються протилежні явища. Нестача К+ зумовлює посилення екскреції кислоти, очевидно, тому, що втрата К+ призводить до внутрішньоклітинного ацидозу навіть у випадку, коли pH плазми крові збільшене. Навпаки, надлишок К+ всередині клітини пригнічує секрецію кислот. Під час інгібування карбоангідрази секреція кислот також зменшена, оскільки зменшується утворення Н2С03. Альдостерон, а також інші гормони кори надниркових залоз, які посилюють канальцеву реабсорбцію Na», паралельно підвищують секрецію Н+ і К+.

                                                                                                                                                                  

Екскреція бікарбонатів

Хоча в процесі реабсорбції НС03 не відбувається транспортування цього йона в канальцеві клітини, реабсорбція

НС03_ пропорційна до його фільтрації. Нема чітко визначеного Тм, проте реабсорбція НС03 послаблюється за допомогою невідомого механізму у випадках, коли збільшується об’єм ПКР (рис. 38-23). Якщо концентрація НС03 у плазмі крові мала, то НС03” реабсорбується повністю. Однак якщо концентрація НС03 перевищує 26-28 мекв/л (нирковий поріг для НС03 ), то НС03 з’являється в сечі, і сеча стає більш лужною. Навпаки, коли концентрація НС03 в плазмі крові менше 26 мекв/л (значення, за якого всі секретовані йони Н+ використовуються для реабсорбції НС03 ), то вивільняється більше Н+, які можуть зв’язуватися з аніонами інших буферних систем. Отже, чим менша концентрація НС03~ у плазмі крові, тим кислішою стає реакція сечі і тим більший вміст у ній NH4+.

                                                                                                                                                                  

Фізіологічне значення змін pH сечі

Залежно від тісно взаємнопов’язаних процесів секреції Н+, продукування NH4‘ і екскреції НС03 pH сечі у людини коливається в широких межах — від 4,5 до 8,0. Екскреція сечі, pH якої значно відрізняється від pH рідких середовищ організму, має важливе значення для електролітного та кислотно-лужного балансу організму, що детально розглянуто в Розділі 39. Кислоти зв’язуються в плазмі крові і клітинах, рівняння хімічної реакції виглядає так: НА + NaHC03 —» NaA + Н2С03. Відповідно, Н,СЮ3 розпадається на С02 і Н20; С02 всмоктується в кров і виходить під час видихання, як NaA з’являється в клубочковому фільтраті. Та кількість Na+, яка заміщується в сечі на Н+, надходить назад в організм. На кожен йон Н+, що піддався екскреції з фосфатом або у вигляді NH4+, організм отримує один йон

О

X

Рис. 38-23. Вплив об’єму ПКР на фільтрацію, реабсорбцію та екскрецію НС03_ у дослідах на щурах. У людей екскреція НС03~ відбувається подібно. В нормі концентрація НС03~ у плазмі крові становить близько 24 мекв/л (відтворено за дозволом з Valtin Н: Renal Function, 2nd ed. Little, Brown and Co., 1983).

ФУНКЦІЯ НИРОК І СЕЧОВИПУСКАННЯ / 663

НС03 , завдяки чому поповнюються запаси цього важливого буферного аніона. Натомість, коли до рідких середовищ організму надходить луг, то йони ОН зв’язуються з утворенням додаткової кількості НС03~ Якщо ж концентрація НС03 в плазмі крові перевищує 28 мекв/л, то сеча стає лужною і надлишок НС03» виходить з нею. Оскільки ж максимальна швидкість секреції ЕГ в канальцях напряму залежить від РС02 в артеріальній крові, то на реабсорбцію НС03» значно впливає РСОз. Детальніше про ці взаємовідношення описано у Розділі 39.

                                                                                                                                                                  

РЕГУЛЮВАННЯ ЕКСКРЕЦІЇ Na+ ТА Ch

У клубочках відбувається значне фільтрування Na+, однак він активно виводиться зі всіх частин канальця, окрім тонкої частини петлі Генле. В нормі 96-99% Na+ реабсор-бується. Переважна кількість Na+ реабсорбується разом з СІ» (табл. 38-9), та деяка його кількість реабсорбується в реакціях, під час яких один йон Na+ надходить у кров в обмін на кожен йон Н+, секретований у канальцях, а в дистальній частині канальця невелика кількість Na+ активно реабсорбується в поєднанні з секрецією К+.

                                                                                                                                                                  

Регулювання екскреції Na+

Оскільки Na+ є найпоширенішим катіоном у ПКР, і солі Na+ становлять 90% від осмотично активних сполук плазми крові та міжклітинної рідини, то зрозуміло, що кількість Na+ в організмі є головним фактором, що визначає об’єм ПКР. Отже, не випадково у сухопутних тварин екскрецію цього йона контролюють численні регуляторні механізми. Внаслідок дії цих механізмів кількість Na+, що піддається екскреції, починає відповідати тій кількості, що надходить і, таким способом в організмі підтримується натрієвий баланс. Отже, втрата Na“ з сечею коливається від 1 мекв/добу у разі безсольової дієти до 400 мекв/добу у випадку дієти з високим вмістом Na+. Крім того, активне виділення Na+ з сечею починається, коли розчин NaCl уводять довенно. Коливання швидкості екскреції Na+, очевидно, залежать і від змін фільтрації (табл. 38-10) та канальцевої реабсорбції. Чинники, які впливають на ШКФ: канальцево-клубочковий зв’язок, клубочково-канальцевий баланс та вплив онкотичного тиску в перитубулярних капілярах, розглянуті вище. До інших чинників, які впливають на реабсорбцію Na+, належать концентрація у плазмі крові альдостерону та інших гормонів кори надниркових залоз, рівень ANP та інших натрійуретичних гормонів у крові, що циркулює, кількість ангіотензину II і ПГЕ2 в нирці та швидкість канальцевої секреції Н+ та К».

Таблиця 38-9. Кількісні аспекти реабсорбції Na+ здорової людини у разі дієти з нормальним вмістом Na+

ШКФ = 125 мл/хв [НС03“] у плазмі крові = 27 мекв/л

[Na+] = 145 мекв/л

Фільтрація Na+ за 1 хв…………………………….. 18 125 мкекв

Реабсорбовано з Ch…………………………….. 14 585 мкекв

Реабсорбовано під час реабсорбції

3375 мкекв НС03~…………………………………З 375 мкекв

Реабсорбовано в поєднанні з утворенням

титраційної кислотності сечі й аміаку…………50 мкекв

Реабсорбовано в поєднанні із

секрецією К+……………………………………………..50 мкекв

Загальна реабсорбція Na+ за 1 хв……………. 18 060 мкекв

                                                                                                                                                                  

Вплив кортикостероїдів

Мінералокортикоїди, що їх синтезує кора надниркових залоз, такі як альдостерон, посилюють канальцеву реабсорбцію Na+ в поєднанні з секрецією К+ і Н+, а також реабсорбцію Na+ з СІ» (див. Розділ 20). Якщо ці гормони вводити тваринам, яким видалено наднирники, то простежується латентний період тривалістю 10-30 хв, перш ніж виявити їхній вплив на реабсорбцію Na+, оскільки для того, щоб стероїди внесли зміни у процес синтезу білка шляхом впливу на ДНК, потрібний деякий час.

Мінералокортикоїди можуть спричинити й негайні мембранні ефекти, однак вони помітно не впливають на загальну екскрецію Na+ організмом піддослідної тварини. Мінералокортикоїди діють передусім на збірні трубочки у кірковому шарі нирки. Як зазначено в Розділі 20, ці гормони діють на головні клітини (P-клітини), збільшуючи кількість активних NaEK в апікальних мембранах цих клітин (рис. 38-24).

У випадку синдрому Ліддла мутації генів, які кодують р-субодиницю і, рідше, у-субодиницю NaEK, спричинюють їхню конституційно посилену активність. Це призводить до затримки Na+ в організмі й артеріальної гіпертензії.

                                                                                                                                                                  

Інші гуморальні чинники

Зменшене приймання солі з їжею збільшує секрецію альдостерону (див. рис. 20-27), що призводить до значного, однак досить повільного зменшення екскреції Na+. На реабсорбцію Na+ впливає низка інших гуморальних факторів. ПГЕ2 посилює виділення Na+ з сечею, ймовірно, шляхом інгібування №++-АТФ-ази і збільшення внутрішньоклітинного вмісту Са2+, що, відповідно, гальмує транспортування Na+ через NaEK. Ендотелій та ІЛ-2 також посилюють

Таблиця 38-10. Зміни екскреції Na+ внаслідок змін ШКФ, якщо паралельно не відбувалось змін реабсорбції Na+

ШКФ,

мл/хв

Na+ у плазмі крові, мкекв/мл

Відфільтрована

кількість,

мкекв/мл

Реабсорбована

кількість,

мкекв/мл

Екскретована

кількість,

мкекв/мл

12

145

18,125

18,000

125

127

145

18,415

18,000

415

124,1

145

18,000

18,000

0

Інтерстиційна Просвіт

рідина 11 канальця

Альдостерон-

SgK та інші білки

І

Активніший NaEK

Рис. 38-24. Ниркова P-клітина. Йон Na+ надходить через NaEK в апікальній мембрані і потрапляє в міжклітинну рідину за допомогою №++-АТФ-ази в базолатеральній мембрані. Альдостерон активує геном, який продукує SgK та інші білки, кількість активних NaEK у цьому разі зростає._

виділення Na з сечею, можливо, стимулюючи синтез ПГЕ2. ANP або інші подібні речовини збільшують внутрішньоклітинний вміст цГМФ, що пригнічує транспортування через NaEK. Інгібування №+-К/-АТФ-ази іншим натрійуре-тичним гормоном, яким, імовірно, є ендогенний стероїд оубаїн (строфантин) (див. Розділ 24), теж сприяє посиленню екскреції Na».

Ангіотензин II збільшує реабсорбцію Na+ і НС03“, впливаючи на проксимальні відділи канальців. У нирках міститься значна кількість ангіотензиноперетворювального ензиму (АПЕ), саме тут 20% ангіотензину І, що циркулює, перетворюється в ангіотензин II. Крім того, ангіотензин І синтезується в нирках.

                                                                                                                                                                  

Зв’язок із секрецією кислот і К+

Екскрецію Na+ посилюють медикаментозні препарати, які зменшують секрецію кислот нирками, інгібуючи кар-бангідразу. Після зв’язування С02 або Н+у крові Na+, який фільтрується разом з кислотними аніонами, виходить з сечею, якщо об’єм фільтрату переважає здатність канальців виконувати обмін Na+ на Н+. Зміни екскреції Na+внаслідок змін швидкості секреції КЕ є незначними (див. табл. 38-10).

                                                                                                                                                                  

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини