Нарушение водно солевого обмена биохимия. Курс лекций по общей биохимии

ГОУВПО УГМА Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию
кафедра биохимии

КУРС ЛЕКЦИЙ
ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

Модуль 8. Биохимия водно-солевого обмена.

Екатеринбург,
2009г

Тема: Водно-солевой и минеральный обмен

Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический.
2 курс.

Водно-солевой обмен – обмен воды и основных электролитов организма (Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , HCO 3 - , H 3 PO 4).
Электролиты – вещества, диссоциирующие в растворе на анионы и катионы. Их измеряют в моль/л.
Неэлектролиты – вещества, недиссоциирующие в растворе (глюкоза, креатинин, мочевина). Их измеряют в г/л.
Биологическая роль воды

Вода является универсальным растворителем для большинства органических (кроме липидов) и неорганических соединений.
Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма.
Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму.
Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе.
Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации.
Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул.
В комплексе с ГАГ вода выполняет структурную функцию.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ОРГАНИЗМА
Все жидкости организма характеризуются общими свойствами: объемом, осмотическим давлением и величиной рН.
Объем. У всех наземных животных жидкости составляет около 70% от массы тела.
Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы, телосложения и количества жира. Содержание воды в различных тканях распределяется следующим образом: легкие, сердце и почки (80%), скелетная мускулатура и мозг (75%), кожа и печень (70%), кости (20%), жировая ткань (10%). В целом, у худых людей меньше жира и больше воды. У мужчин на воду приходится 60%, у женщин - 50% от массы тела. У пожилых людей больше жира и меньше мышц. В среднем в организме мужчин и женщин старше 60 лет содержится соответственно 50% и 45% воды.
При полном лишении воды смерть наступает через 6-8 дней, когда количество воды в организме снижается на 12%.
Вся жидкость организма разделена на внутриклеточный (67%) и внеклеточный (33%) бассейны.
Внеклеточный бассейн (экстрацеллюлярное пространство) состоит из:

Внутрисосудистой жидкости;
Интерстициальной жидкости (межклеточная);
Трансцеллюлярной жидкости (жидкость плевральной, перикардиальной, перитонеальной полостей и синовиального пространства, цереброспинальная и внутриглазная жидкость, секрет потовых, слюнных и слезных желез, секрет поджелудочной железы, печени, желчного пузыря, ЖКТ и дыхательных путей).

Между бассейнами жидкости интенсивно обмениваются. Перемещение воды из одного сектора в другой происходит при изменении осмотического давления.
Осмотическое давление – это давление, которое создают все растворенные в воде вещества. Осмотическое давление внеклеточной жидкости определяется главным образом концентрацией NaCl.
Внеклеточная и внутриклеточная жидкости значительно отличаются по составу и концентрации отдельных компонентов, но общая суммарная концентрация осмотически активных веществ примерно одинакова.
рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации протонов. Величина рН зависит от интенсивности образования в организме кислот и оснований, их нейтрализации буферными системами и удалением из организма с мочой, выдыхаемым воздухом, потом и калом.
В зависимости от особенности обмена, величина рН может заметно отличаться как внутри клеток разных тканей, так и в разных отсеках одной клетки (в цитозоле кислотность нейтральная, в лизосомах и в межмембранном пространстве митохондрий - сильно кислая). В межклеточной жидкости разных органов и тканей и плазме крови величина рН, как и осмотическое давление, относительно постоянная величина.
РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА
В организме водно-солевой баланс внутриклеточной среды поддерживается постоянством внеклеточной жидкости. В свою очередь, водно-солевой баланс внеклеточной жидкости поддерживается через плазму крови с помощью органов и регулируется гормонами.
1. Органы, регулирующие водно-солевой обмен
Поступление воды и солей в организм происходит через ЖКТ, этот процесс контролируется чувством жажды и солевым аппетитом. Выведение излишков воды и солей из организма осуществляют почки. Кроме того, воду из организма выводят кожа, легкие и ЖКТ.
Баланс воды в организме

Для ЖКТ, кожи и легких выведение воды является побочным процессом, который происходит в результате выполнения ими своих основных функций. Например, ЖКТ теряет воду, при выделении из организма непереваренных веществ, продуктов метаболизма и ксенобиотиков. Легкие теряют воду при дыхании, а кожа при терморегуляции.
Изменения в работе почек, кожи, легких и ЖКТ может привести к нарушению водно-солевого гомеостаза. Например, в жарком климате, для поддержания температуры тела, кожа усиливает потовыделение, а при отравлениях, со стороны ЖКТ возникает рвота или диарея. В результате усиленной дегидратации и потери солей в организме возникает нарушение водно-солевого баланса.

2. Гормоны, регулирующие водно-солевой обмен
Вазопрессин
Антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин - пептид с молекулярной массой около 1100 Д, содержащий 9 АК, соединённых одним дисульфидным мостиком.
АДГ синтезируется в нейронах гипоталамуса, переносится в нервные окончания задней доли гипофиза (нейрогипофиз).
Высокое осмотическое давление внеклеточной жидкости активирует осморецепторы гипоталамуса, в результате возникают нервные импульсы, которые передаются в заднюю долю гипофиза и вызывают высвобождение АДГ в кровоток.
АДГ действует через 2 типа рецепторов: V 1 , и V 2 .
Главный физиологический эффект гормона, реализуется через V 2 рецепторы, которые находятся на клетках дистальных канальцев и собирательных трубочек, которые относительно непроницаемы для молекул воды.
АДГ через V 2 рецепторы стимулирует аденилатциклазную систему, в результате фосфорилируются белки, стимулирующие экспрессию гена мембранного белка - аквапорина-2. Аквапорин-2 встраивается в апикальную мембрану клеток, образуя в ней водные каналы. По этим каналам вода пассивной диффузией реабсорбируется из мочи в интерстициальное пространство и моча концентрируется.
В отсутствие АДГ моча не концентрируется (плотность <1010г/л) и может выделяться в очень больших количествах (>20л/сут), что приводит к дегидратации организма. Это состояние называется несахарный диабет.
Причиной дефицита АДГ и несахарного диабета являются: генетические дефекты синтеза препро-АДГ в гипоталамусе, дефекты процессинга и транспорта проАДГ, повреждения гипоталамуса или нейрогипофиза (например, в результате черепно-мозговой травмы, опухоли, ишемии). Нефрогенный несахарный диабет возникает вследствие мутации гена рецептора АДГ типа V 2 .
Рецепторы V 1 локализованы в мембранах ГМК сосудов. АДГ через рецепторы V 1 активирует инозитолтрифосфатную систему и стимулирует высвобождение Са 2+ из ЭР, что стимулирует сокращение ГМК сосудов. Сосудосуживающий эффект АДГ проявляется при высоких концентрациях АДГ.
Натриуретический гормон (предсердный натриуретический фактор, ПНФ, атриопептин)
ПНФ - пептид, содержащий 28 АК с 1 дисульфидным мостиком, синтезируется, главным образом, в кардиомиоцитах предсердий.
Секрецию ПНФ стимулирует в основном повышение АД, а также увеличение осмотического давления плазмы, частоты сердцебиений, концентрации катехоламинов и глюкокортикоидов в крови.
ПНФ действует через гуанилатциклазную систему, активируя протеинкиназу G.
В почках ПНФ расширяет приносящие артериол, что увеличивает почечный кровоток, скорость фильтрации и экскрецию Na + .
В периферических артериях ПНФ снижает тонус гладких мышц, что расширяет артериолы и понижает АД. Кроме того, ПНФ ингибирует выделение ренина, альдостерона и АДГ.
Ренин-ангиотензин- альдостероновая система
Ренин
Ренин - протеолитический фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками, расположенными вдоль афферентных (приносящих) артериол почечного тельца. Секрецию ренина стимулирует падение давления в приносящих артериолах клубочка, вызванное уменьшением АД и снижением концентрации Na + . Секрецию ренина также способствует снижение импульсации от барорецепторов предсердий и артерий в результате уменьшения АД. Секрецию ренина ингибирует Ангиотензин II, высокое АД.
В крови ренин действует на ангиотензиноген.
Ангиотензиноген - ? 2 -глобулин, из 400 АК. Образование ангиотензиногена происходит в печени и стимулируется глюкокортикоидами и эстрогенами. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена, отщепляя от него N-концевой декапептид - ангиотензин I, не имеющий биологической активности.
Под действием антиотензин- превращающего фермента (АПФ) (карбоксидипептидилпептидазы) эдотелиальных клеток, лёгких и плазмы крови, с С-конца ангиотензина I удаляются 2 АК и образуется ангиотензин II (октапептид).
Ангиотензин II
Ангиотензин II функционирует через инозитолтрифосфатную систему клеток клубочковой зоны коры надпочечников и ГМК. Ангиотензин II стимулирует синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны коры надпочечников. Высокие концентрации ангиотензина II вызывают сильное сужение сосудов периферических артерий и повышают АД. Кроме этого, ангиотензин II стимулирует центр жажды в гипоталамусе и ингибирует секрецию ренина в почках.
Ангиотензин II под действием аминопептидаз гидролизуется в ангиотензин III (гептапептид, с активностью ангиотензина II, но имеющий в 4 раза более низкую концентрацию), который затем гидролизуется ангиотензиназами (протеазы) до АК.
Альдостерон
Альдостерон - активный минералокортикостероид, синтезирующийся клетками клу-бочковой зоны коры надпочечников.
Синтез и секрецию альдостерона стимулируют ангиотензин II, низкая концентрация Na + и высокая концентрацией К + в плазме крови, АКТГ, простагландины. Секрецию альдостерона тормозит низкая концентрация К + .
Рецепторы альдостерона локализованы как в ядре, так и в цитозоле клетки. Альдостерон индуцирует синтез: а) белков-транспортёров Na + , переносящих Na + из просвета канальца в эпителиальную клетку почечного канальца; б) Na + ,К + -АТФ-азы в) белков-транспортёров К + , переносящих К + из клеток почечного канальца в первичную мочу; г) митохондриальных ферментов ЦТК, в частности цитратсинтазы, стимулирующих образование молекул АТФ, необходимых для активного транспорта ионов.
В результате альдостерон стимулирует реабсорбцию Na + в почках, что вызывает задержку NaCl в организме и повышает осмотическое давление.
Альдостерон стимулирует секрецию К + , NH 4 + в почках, потовых железах, слизистой оболочке кишечника и слюнных железах.

Роль системы РААС в развитии гипертонической болезни
Гиперпродукция гормонов РААС вызывает повышение объема циркулирующей жидкости, осмотического и артериального давления, и ведет к развитию гипертонической болезни.
Повышение ренина возникает, например, при атеросклерозе почечных артерий, который возникает у пожилых.
Гиперсекреция альдостерона – гиперальдостеронизм, возникает в результате нескольких причин.
Причиной первичного гиперальдостеронизма (синдром Конна) примерно у 80% больных является аденома надпочечников, в остальных случаях - диффузная гипертрофия клеток клубочковой зоны, вырабатывающих альдостерон.
При первичном гиперальдостеронизме избыток альдостерона усиливает реабсорбцию Na + в почечных канальцах, что служит стимулом к секреции АДГ и задержке воды почками. Кроме того, усиливается выведение ионов К + , Mg 2+ и Н + .
В результате развиваются: 1). гипернатриемия, вызывающая гипертонию, гиперволемию и отёки; 2). гипокалиемия, ведущая к мышечной слабости; 3). дефицит магния и 4). лёгкий метаболический алкалоз.
Вторичный гиперальдостеронизм встречается гораздо чаще, чем первичный. Он может быть связан с сердечной недостаточностью, хроническими заболеваниями почек, а также с опухолями, секретирующие ренин. У больных наблюдают повышенный уровень ренина, ангиотензина II и альдостерона. Клинические симптомы менее выражены, чем при первичном альдостеронизе.

КАЛЬЦИЙ, МАГНИЙ, ФОСФОРНЫЙ ОБМЕН
Функции кальция в организме:

Внутриклеточный посредник ряда гормонов (инозитолтрифосфатная система);
Участвует в генерации потенциалов действия в нервах и мышцах;
Участвует в свертывании крови;
Запускает мышечное сокращение, фагоцитоз, секрецию гормонов, нейромедиаторов и т.д.;
Участвует в митозе, апоптозе и некробиозе;
Увеличивает проницаемость мембраны клеток для ионов калия, влияет на натриевую проводимость клеток, на работу ионных насосов;
Кофермент некоторых ферментов;

Функции магния в организме:

Является коферментом многих ферментов (транскетолаз (ПФШ), глюкозо-6ф дегидрогеназы, 6-фосфоглюконат дегидрогеназы, глюконолактон гидролазы, аденилатциклазы и т.д.);
Неорганический компонент костей и зубов.

Функции фосфата в организме:

Неорганический компонент костей и зубов (гидроксиаппатит);
Входит в состав липидов (фосфолипиды, сфинголипиды);
Входит в состав нуклеотидов (ДНК, РНК, АТФ, ГТФ, ФМН, НАД, НАДФ и т.д.);
Обеспечивает энергетический обмен т.к. образует макроэргические связи (АТФ, креатинфосфат);
Входит в состав белков (фосфопротеины);
Входит в состав углеводов (глюкозо-6ф, фруктозо-6ф и т.д.);
Регулирует активность ферментов (реакции фосфорилирования / дефосфорилирования ферментов, входит в состав инозитолтрифосфата – компонента инозитолтрифосфатной системы);
Участвует в катаболизме веществ (реакция фосфоролиза);
Регулирует КОС т.к. образует фосфатный буфер. Нейтрализует и выводит протоны с мочой.

Распределение кальция, магния и фосфатов в организме
У взрослого человека содержится в среднем 1000г кальция:

Кости и зубы содержат 99% кальция. В костях 99% кальция находится в виде малорастворимого гидроксиапатита [Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 Н 2 О], а 1% - в виде растворимых фосфатов;
Внеклеточная жидкость 1%. Кальций плазмы крови представлен в виде: а). свободных ионов Са 2+ (около 50%); б). ионов Са 2+ соединённых с белками, главным образом, с альбумином (45%); в) недиссоциирующих комплексов кальция с цитратом, сульфатом, фосфатом и карбонатом (5%). В плазме крови концентрация общего кальция составляет 2, 2-2,75 ммоль/л, а ионизированного - 1,0-1,15 ммоль/л;
Внутриклеточная жидкость содержит кальция в 10000-100000 раз меньше чем внеклеточной жидкости.

Во взрослом организме содержится в около 1кг фосфора:

Кости и зубы содержат 85% фосфора;
Внеклеточная жидкость – 1% фосфора. В сыворотке крови концентрация неорганического фосфора – 0,81-1,55 ммоль/л, фосфора фосфолипидов 1,5-2г/л;
Внутриклеточная жидкость – 14% фосфора.

Концентрация магния в плазме крови 0,7-1,2 ммоль/л.

Обмен кальция, магния и фосфатов в организме
С пищей в сутки должно поступать кальция - 0,7-0,8г, магния - 0,22-0,26г, фосфора – 0,7-0,8г. Кальций всасывается плохо на 30-50%, фосфор хорошо – на 90%.
Помимо ЖКТ, кальций, магний и фосфор поступают в плазму крови из костной ткани, в процессе ее резорбции. Обмен между плазмой крови и костной тканью по кальцию составляет 0,25-0,5г/сут, по фосфору – 0,15-0,3г/сут.
Выводится кальций, магний и фосфор из организма через почки с мочой, через ЖКТ с калом и через кожу с потом.
Регуляция обмена
Основными регуляторами обмена кальция, магния и фосфора являются паратгормон, кальцитриол и кальцитонин.
Паратгормон
Паратгормон (ПТГ) - полипептид, из 84 АК (около 9,5 кД), синтезируется в паращитовидных железах.
Секрецию паратгормона стимулирует низкая концентрация Са 2+ , Mg 2+ и высокая концентрация фосфатов, ингибирует витамин Д 3 .
Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са 2+ и увеличивается, если концентрация Са 2+ высока.
Паратгормон действует на кости и почки. Он стимулирует секрецию остеобластами инсулиноподобного фактора роста 1 и цитокинов, которые повышают метаболическую активность остеокластов. В остеокластах ускоряется образование щелочной фосфатазы и коллагеназы, которые вызывают распад костного матрикса, в результате чего происходит мобилизация Са 2+ и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость.
В почках паратгормон стимулирует реабсорбцию Са 2+ , Mg 2+ в дистальных извитых канальцах и уменьшает реабсорбцию фосфатов.
Паратгормон индуцирует синтез кальцитриола (1,25(OH) 2 D 3).
В результате паратгормон в плазме крови повышает концентрацию Са 2+ и Mg 2+ , и снижает концентрацию фосфатов.
Гиперпаратиреоз
При первичном гиперпаратиреозе (1:1000) нарушается механизм подавления секреции паратгормона в ответ на гиперкальциемию. Причинами могут быть опухоль (80%), диффузная гиперплазия или рак (менее 2%) паращитовидной железы.
Гиперпаратиреоз вызывает:

разрушение костей, при мобилизации из них кальция и фосфатов. Увеличивается риск переломов позвоночника, бедренных костей и костей предплечья;
гиперкальциемию, при усилении реабсорбции кальция в почках. Гиперкальциемия приводить к снижению нервно-мышечной возбудимости и мышечной гипотонии. У больных появляются общая и мышечная слабость, быстрая утомляемость и боли в отдельных группах мышц;
образования в почках камней при увеличение концентрации фосфата и Са 2 + в почечных канальцах;
гиперфосфатурию и гипофосфатемию, при снижении реабсорбции фосфатов в почках;

Вторичный гиперпаратиреоз возникает при хронической почечной недостаточности и дефиците витамина D 3 .
При почечной недостаточности угнетается образование кальцитриола, что нарушает всасывание кальция в кишечнике и приводит к гипокальциемии. Гиперпаратиреоз возникает в ответ на гипокальциемию, но паратгормон не способен нормализовать уровень кальция в плазме крови. Иногда возникает гиперфостатемия. В следствие повышения мобилизации кальция из костной ткани развивается остеопороз.
Гипопаратиреоз
Гипопаратиреоз обусловлен недостаточностью паращитовидных желёз и сопровождается гипокальциемией. Гипокальциемия вызывает повышение нервно-мышечной проводимости, приступы тонических судорог, судороги дыхательных мышц и диафрагмы, ларингоспазм.
Кальцитриол
Кальцитриол синтезируется из холестерола.

В коже под влиянием УФ-излучения из 7-дегидрохолестерола образуется большая часть холекальциферола (витамина Д 3). Небольшое количество витамина Д 3 поступает с пищей. Холекальциферол связывается со специфическим витамин Д-связывающим белком (транскальциферином), поступает в кровь и переносится в печень.
В печени 25-гидроксилаза гидроксилирует холекальциферол в кальцидиол (25-гидроксихолекальциферол, 25(OH)Д 3). D-связывающий белок транспортирует кальцидиол в почки.
В почках митохондриальная 1?-гидроксилаза гидроксилирует кальцидиол в кальцитриол (1,25(OH) 2 Д 3), активную форму витамина Д 3 . Индуцирует 1?-гидроксилазу паратгормон.

Синтез кальцитриола стимулирует паратгормон, низкая концентрация фосфатов и Са 2+ (через паратгормон) в крови.
Синтез кальцитриола ингибирует гиперкальциемия, она активирует 24?-гидроксилазу, которая превращает кальцидиол в неактивный метаболит 24,25(OH) 2 Д 3 , при этом соответственно активный кальцитриол не образуется.
Кальцитриол воздействует на тонкий кишечник, почки и кости.
Кальцитриол:

в клетках кишечника индуцирует синтез Са 2 + -переносящих белков, которые обеспечивают всасывание Са 2+ , Mg 2+ и фосфатов;
в дистальных канальцах почек стимулирует реабсорбцию Са 2 + , Mg 2+ и фосфатов;
при низком уровне Са 2 + увеличивает количество и активность остеокластов, что стимулирует остеолиз;
при низком уровне паратгормона, стимулирует остеогенез.

В результате кальцитриол повышает в плазме крови концентрацию Са 2+ , Mg 2+ и фосфатов.
При дефиците кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции.
Рахит - заболевание детского возраста, связанное недостаточной минерализацией костной ткани.
Причины рахита: недостаток витамина Д 3 , кальция и фосфора в пищевом рационе, нарушение всасывания витамина Д 3 в тонком кишечнике, снижением синтеза холекальциферола из-за дефицита солнечного света, дефект 1а-гидроксилазы, дефект рецепторов кальцитриола в клетках-мишенях. Снижение концентрации в плазме крови Са 2+ стимулирует секрецию паратгормона, который через остеолиз вызывает разрушение костной ткани.
При рахите поражаются кости черепа; грудная клетка вместе с грудиной выступает вперёд; деформируются трубчатые кости и суставы рук и ног; увеличивается и выпячивается живот; задерживается моторное развитие. Основные способы предупреждения рахита - правильное питание и достаточная инсоляция.
Кальцитонин
Кальцитонин - полипептид, состоит из 32 АК с одной дисульфидной связью, секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз.
Секрецию кальцитонина стимулирует высокая концентрация Са 2+ и глюкагона, подавляет низкая концентрация Са 2+ .
Кальцитонин:

подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са 2 + из кости;
в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са 2 + , Mg 2+ и фосфатов;
тормозит пищеварение в ЖКТ,

Изменения уровня кальция, магния и фосфатов при различных патологиях
Снижение концентрации Са 2+ в плазме крови наблюдается при:

беременности;
алиментарной дистрофии;
рахите у детей;
остром панкреатите;
закупорке желчевыводящих путей, стеаторее;
почечной недостаточности;
вливание цитратной крови;

Повышение концентрации Са 2+ в плазме крови наблюдается при:

переломы костей;
полиартриты;
множественные миеломы;
метастазы злокачественных опухолей в кости;
передозировка витамина Д и Са 2+ ;
механическая желтуха;

Снижение концентрации фосфатов в плазме крови наблюдается при:

рахите;
гиперфункции паращитовидных желез;
остеомаляции;
почечный ацидоз

Повышение концентрации фосфатов в плазме крови наблюдается при:

гипофункции паращитовидных желез;
передозировка витамина Д;
почечной недостаточности;
диабетическом кетоацидозе;
миеломной болезни;
остеолизе.

Концентрация магния часто пропорциональна концентрации калия и зависит от общих причин.
Повышение концентрации Mg 2+ в плазме крови наблюдается при:

распаде тканей;
инфекциях;
уремии;
диабетическом ацидозе;
тиреотоксикозе;
хроническом алкоголизме.

Роль микроэлементов: Mg 2+ , Mn 2+ , Co, Cu, Fe 2+ , Fe 3+ , Ni, Mo, Se, J. Значение церулоплазмина, болезнь Коновалова-Вильсона.

Марганец – кофактор аминоацил-тРНК синтетаз.

Биологическая роль Na + , Cl - , K + , HCO 3 - - основных электролитов, значение в регуляции КОС. Обмен и биологическая роль. Анионная разность и ее коррекция.

Тяжелые металлы (свинец, ртуть, медь, хром и др.), их токсическое действие.

Повышение содержание хлоридов в сыворотке крови: обезвоживание, острая почечная недостаточность, метаболический ацидоз после диареи и потери бикарбонатов, респираторный алкалоз, травма головы, гипофункция надпочечников, при длительном приеме кортикостероидов, тиазидный диуретиков, гиперальдостеронизм, болезнь Кушенга.
Снижение содержания хлоридов в сыворотке крови: алкалоз гипохлоремический (после рвоты), ацидоз респираторный, избыточное потоотделение, нефрит с потерей солей (нарушение реабсорбции), травма головы, состояние с увеличением объема внеклеточной жибкости, калит язвенный, болезнь Аддисона (гипоальдостеронизм).
Повышенное выделение хлоридов с мочой: гипоальдостеронизм (болезнь Аддисона), нефрит с потерей солей, повышенный прием соли, лечение диуретиками.
Снижение выведения хлоридов с мочой: Потеря хлоридов при рвоте, диареи, болезнь Кушинга, терминальная фаза почечной недостаточности, ретенция соли при образовании отеков.
Содержание кальция в сыворотке крови в норме 2,25- 2,75 ммоль/л.
Выделение кальция с мочой в норме 2,5-7,5 ммоль/сут.
Повышение содержание кальция в сыворотке крови: гиперпаратиреоз, метастазы опухолей в костную ткань, миеломная болезнь, сниженное выделение кальцитонина, передозировка витамина Д, тиреотоксикоз.
Снижение содержания кальция в сыворотке крови: гипопаратиреоз, увеличение выделения кальцитонина, гиповитаминоз Д, нарушение реабсорбции в почках, массивная гемотрансфузия, гипоальбунемия.
Повышенное выделение кальция с мочой: длительное воздействие солнечных лучей (гипервитаминоз Д), гиперпаратиреоз, метастазы опухолей в костную ткань, нарушение реабсорбции в почках, тиреотоксикоз, остеопороз, лечение глюкокортикоидами.
Снижение выведения кальция с мочой: гипопаратиреоз, рахит, острый нефрит (нарушение фильтрации в почках), гипотериоз.
Содержание железа в сыворотке крови в норме ммоль/л.
Повышение содержание железа в сыворотке крови: апластическая и гемолитическая анемии, гемохроматоз, острый гепатит и стеатоз, цирроз печени, талассемия, повторные трансфузии.
Снижение содержания железа в сыворотке крови: железодефицитная анемия, острые и хронические инфекции, опухоли, заболевания почек, кровопотеря, беременность, нарушение всасывания железа в кишечнике.

Значение темы: Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма. Важнейшие параметры водно-солевого гомеостаза – осмотическое давление, рН и объем внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Изменение этих параметров может привести к изменению артериального давления, ацидозу или алкалозу, дегидратации и отекам тканей. Основные гормоны, участвующие в тонкой регуляции водно-солевого обмена и действующие на дистальные канальцы и собирательные трубочки почек: антидиуретический гормон, альдостерон и натриуретический фактор; ренин-ангиотензивная система почек. Именно в почках происходит окончательное формирование состава и объема мочи, обеспечивающее регуляцию и постоянство внутренней среды. Почки отличаются интенсивным энергетическим обменом, что связано с необходимостью активного трансмембранного транспорта значительных количеств веществ при образовании мочи.

Биохимический анализ мочи дает представление о функциональном состоянии почек, обмена веществ в различных органах и организме в целом, способствует выяснению характера патологического процесса, позволяет судить об эффективности проводимого лечения.

Цель занятия: изучить характеристику параметров водно-солевого обмена и механизмы их регуляции. Особенности метаболизма в почках. Научиться проводить и оценивать биохимический анализ мочи.

Студент должен знать:

1. Механизм образования мочи: клубочковая фильтрация, реабсорбция и секреция.

2. Характеристика водных компартментов организма.

3. Основные параметры жидкой среды организма.

4. Чем обеспечивается постоянство параметров внутриклеточной жидкости?

5.Системы (органы, вещества), обеспечивающие постоянство внеклеточной жидкости.

6.Факторы (системы), обеспечивающие осмотическое давление внеклеточной жидкости и его регуляцию.

7. Факторы (системы), обеспечивающие постоянство объема внеклеточной жидкости и его регуляцию.

8. Факторы (системы), обеспечивающие постоянство кислотно-щелочного состояния внеклеточной жидкости. Роль почек в этом процессе.

9. Особенности метаболизма в почках: высокая активность обмена веществ, начальный этап синтеза креатина, роль интенсивного глюконеогенеза (изоферменты), активация витамина Д3.

10. Общие свойства мочи (количество за сутки –диурез, плотность, цвет, прозрачность), химический состав мочи. Патологические компоненты мочи.

Студент должен уметь:

1.Провести качественное определение основных компонентов мочи.

2.Оценить биохимический анализ мочи.

Студент должен получить представление:

О некоторых патологических состояниях, сопровождающихся изменением биохимических параметров мочи (протеинурия, гематурия, глюкозурия, кетонурия, билирубинурия, порфиринурия).

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

1.Строение почки, нефрона.

2. Механизмы формирования мочи.

Задания для самоподготовки:

Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:

1. Обратитесь к курсу гистологии. Вспомните строение нефрона. Отметьте проксимальный каналец, дистальный извитой каналец, собирательную трубку, сосудистый клубочек, юкстагломерулярный аппарат.

2. Обратитесь к курсу нормальной физиологии. Вспомните механизм образования мочи: фильтрация в клубочках, реабсорбция в канальцах с образованием вторичной мочи и секреция.

3. Регуляция осмотического давления и объема внеклеточной жидкости связана с регуляцией, главным образом, содержания ионов натрия и воды во внеклеточной жидкости.

Назовите гормоны, участвующие в этой регуляции. Опишите их эффект по схеме: причина секреции гормона; орган (клетки) –мишени; механизм их действия в этих клетка; конечный эффект их действия.

Проверьте свои знания:

А.Вазопрессин (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в нейронах гипоталамуса; б. секретируется при повышении осмотического давления; в. увеличивает скорость реабсорбции воды из первичной мочи в почечных канальцах; г. увеличивает реабсорбцию в почечных канальцах ионов натрия; д. снижает осмотическое давление е. моча становится более концентрированной.

Б. Альдостерон (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в коре надпочечников; б. секретируется при снижении концентрации ионов натрия в крови; в. в почечных канальцах увеличивает реабсорбцию ионов натрия; г. моча становится более концетрированной.

д. главным механизмом регуляции секреции аренин-ангиотензивная система почек.

В. Натриуретический фактор (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в основ клетками предсердия; б. стимул секреции – повышение артериального давления; в. усиливает фильтрующую способность клубочков; г. увеличивает образование мочи; д. моча становится менее концентрированной.

4. Составьте схему, иллюстрирующую роль ренин-ангиотензивной системы в регуляции секреции альдостерона и вазопрессина.

5. Постоянство кислотно-основного равновесия внеклеточной жидкости поддерживается буферными системами крови; изменением легочной вентиляции и скорости выделения почками кислот(Н+).

Вспомните буферные системы крови (основная бикарбонатная)!

Проверьте свои знания:

Пища животного происхождения имеет кислый характер (преимущественнонно за счет фосфатов, в отличие от пищи растительного происхождения). Как изменится рН мочи у человека, использующего преимущественно пищу животного происхождения:

а. ближе к рН 7,0; б.рН около 5.; в. рН около 8,0.

6. Ответьте на вопросы:

А. Чем объяснить высокую долю кислорода, потребляемую почками (10%);

Б. Высокую интенсивность глюконеогенеза;

В. Роль почек в обмене кальция.

7. Одна из главных задач нефронов реабсорбировать из крови полезные вещества в нужном количестве и удалить из крови конечные продукты обмена.

Составьте таблицу Биохимические показатели мочи:

Аудиторная работа.

Лабораторная работа:

Провести ряд качественных реакций в пробах мочи разных пациентов. Сделать заключение о состоянии обменных процессов по результатам биохимического анализа.

Определение рН.

Ход работы: На середину индикаторной бумаги наносят 1-2 капли мочи и по изменению цвета одной из окрашенных полосок, совпадающему с окраской контрольной полосы, устанавливают рН исследуемой мочи. В норме рН 4,6 – 7,0

2. Качественная реакция на белок . Нормальная моча белка не содержит (следовые количества не открываются обычными реакциями). При некоторых патологических состояниях в моче может появиться белок – протеинурия.

Ход работы : К 1-2 мл мочи добавить 3-4 капли свежеприготовленного 20% раствора сульфасалициловой кислоты. При наличии белка появляется белый осадок или муть.

3. Качественная реакция на глюкозу (реакция Фелинга).

Ход работы: К 10 каплям мочи прибавить 10 капель реактива Фелинга. Нагреть до кипения. При наличии глюкозы появляется красное окрашивание. Результаты сравнить с нормой. В норме в моче следовые количества глюкозы качественными реакциями не обнаруживается. Принято считать в норме глюкозы в моче нет. При некоторых патологических состояниях в моче появляется глюкоза- глюкозурия.

Определение можно провести с помощью тест-полоски (индикаторной бумаги)/

Обнаружение кетоновых тел

Ход работы: На предметное стекло нанести каплю мочи, каплю 10% раствора едкого натрия и каплю свежеприготовленного 10% раствора нитропруссида натрия. Появляется красное окрашивание. Прилить 3 капли концентрированной уксусной кислоты – появляется вишневое окрашивание.

В норме кетоновые тела в моче отсутствуют. При некоторых патологических состояниях в моче появляется кетоновые тела – кетонурия.

Самостоятельно решить задачи, ответить на вопросы:

1. Увеличилось осмотическое давление внеклеточной жидкости. Опишите, в виде схемы, последовательность событий, которые приведут к его снижению.

2. Как изменится продукция альдостерона, если избыточная продукция вазопрессина приведет к значительному снижению осмотического давления.

3. Изложите последовательность событий (в виде схемы), направленных на восстановление гомеостаза при снижении концентрации хлорида натрия в тканях.

4. У пациента сахарный диабет, который сопровождается кетонемией. Как главная буферная система крови – бикарбонатная - ответит на изменение кислотно-основного равновесия? Какова роль почек в восстановлении КОС? Изменится ли рН мочи у данного пациента.

5.Спортсмен, готовясь к соревнованиям, проходит усиленную тренировку. Как измениться скорость глюконеогенеза в почках (ответ аргументировать)? Возможно ли изменение рН мочи у спортсмена; ответ аргументировать)?

6. У пациента отмечены признаки нарушения метаболизма в костной ткани, что отражается и на состоянии зубов. Уровень кальцитонина и паратгормона в пределах физиологической нормы. Пациент получает витамин Д (холекальциферол) в необходимых количествах. Сделайте предположение о возможной причине нарушения метаболизма.

7. Рассмотрите стандартный бланк «Общий анализ мочи» (многопрофильная клиника ТюмГМА) и умейте объяснить физиологическую роль и диагностическое значение биохимических компонентов мочи, определяемых в биохимических лабораториях. Запомните биохимические показатели мочи в норме.

Первые живые организмы появились в воде около 3 млрд лет тому назад, и до настоящего времени вода является главнейшим биорастворителем.

Вода - жидкая среда, которая является главным компонентом живого организма, обеспечивающая его жизненно важные физико-химические процессы: осмотическое давление, величину pH, минеральный состав. Вода составляет в среднем 65% общей массы тела взрослого животного и более 70% новорожденного. Более половины количества этой воды находится внутри клеток организма. Учитывая очень малую молекулярную массу воды, рассчитано, что около 99% всех молекул в клетке являются молекулами воды (Бохински Р., 1987).

Высокая теплоемкость воды (требуется 1 кал на нагревание 1 г воды на 1°С) позволяет организму поглощать значительное количество тепла без существенного повышения внутренней температуры. За счет высокой теплоты испарения воды (540 кал/г) организм рассеивает часть тепловой энергии, избегая перегрева.

Для молекул воды характерна сильная поляризация. В молекуле воды каждый атом водорода образует электронную пару с центральным атомом кислорода. Поэтому молекула воды имеет два постоянных диполя, так как высокая электронная плотность вблизи кислорода придает ему отрицательный заряд, тогда как каждый атом водорода характеризуется пониженной электронной плотностью и несет частичный положительный заряд. В результате возникают электростатические связи между атомом кислорода одной молекулы воды и водородом другой молекулы, получившие название водородных связей. Эта структура воды объясняет ее высокие значения теплоты испарения и температуры кипения.

Водородные связи сравнительно слабые. Их энергия диссоциации (энергия разрыва связи) в жидкой воде равна 23 кДж/моль, по сравнению с 470 кДж для ковалентной связи О-Н в молекуле воды. Время существования водородной связи составляет от 1 до 20 пикосекунд (1 пикосекунда = 1(Г 12 с). Однако водородные связи не являются уникальными для воды. Они могут возникать и между атомом водорода и азота в других структурах.

В состоянии льда каждая молекула воды образует максимально четыре водородные связи, формируя кристаллическую решетку. Напротив, в жидкой воде при комнатной температуре каждая молекула воды имеет водородные связи в среднем с 3-4 другими молекулами воды. Эта кристаллическая решетка льда делает его менее плотным, чем жидкая вода. Поэтому лед плавает на поверхности жидкой воды, оберегая ее от замерзания.

Таким образом, водородные связи между молекулами воды обеспечивают связующие силы, которые сохраняют воду в форме жидкости при комнатной температуре и трансформируют молекулы в кристаллы льда. Отметим, что, помимо водородных связей, для биомолекул характерными являются другие типы нековалентных связей: ионные, гидрофобные, вандерва- альсовы силы, которые индивидуально являются слабыми, но совместно оказывают сильное влияние на структуры белков, нуклеиновых кислот, полисахариды и мембраны клеток.

Молекулы воды и продукты их ионизации (Н + и ОН) оказывают выраженное влияние на структуры и свойства компонентов клеток, включая нуклеиновые кислоты, белки, жиры. Помимо стабилизации структуры белков и нуклеиновых кислот, водородные связи участвуют в биохимической экспрессии генов.

Как основа внутренней среды клеток и тканей, вода определяет их химическую активность, являясь уникальным растворителем различных веществ. Вода повышает устойчивость коллоидных систем, участвует в многочисленных реакциях гидролиза и гидрирования в процессах окисления. Вода поступает в организм с кормами и питьевой водой.

Многие метаболические реакции в тканях приводят к образованию воды, которая получила название эндогенной (8-12% от общего количества жидкости организма). Источниками эндогенной воды организма в первую очередь служат жиры, углеводы, белки. Так окисление 1 г жиров, углеводов и белков приводит к образованию 1,07; 0,55 и 0,41 г воды соответственно. Поэтому животные в условиях пустыни могут обходиться какое-то время без приема воды (верблюды даже достаточно долго). Собака погибает без приема воды через 10 дней, а без кормов - через несколько месяцев. Потеря 15-20% воды организмом влечет за собой смерть животного.

Низкая вязкость воды определяет постоянное перераспределение жидкости внутри органов и тканей организма. Вода поступает в желудочно-кишечный тракт, а затем почти все количество этой воды всасывается обратно в кровь.

Транспорт воды через клеточные мембраны осуществляется быстро: спустя 30-60 мин после приема воды животным наступает новое осмотическое равновесие между внеклеточной и внутриклеточной жидкостью тканей. Объем внеклеточной жидкости имеет большое влияние на кровяное давление; увеличение или уменьшение объема внеклеточной жидкости приводит к нарушениям циркуляции крови.

Повышение количества воды в тканях (гипергидрия) имеет место при положительном водном балансе (избыток поступления воды при нарушении регуляции водно-солевого обмена). Гипергидрия приводит к скоплению жидкости в тканях (отеки). Обезвоживание организма отмечают при недостатке питьевой воды или при избыточности потери жидкости (диарея, кровотечение, усиленное потоотделение, гипервентиляция легких). Потеря воды животным происходит за счет поверхности тела, системы пищеварения, дыхания, мочевого тракта, молока у лактирующих животных.

Обмен воды между кровью и тканями происходит за счет разности гидростатического давления в артериальной и венозной кровеносной системе, а также и за счет разности онкоти- ческого давления в крови и тканях. Вазопрессин, гормон задней доли гипофиза, удерживает воду в организме за счет обратного всасывания ее в почечных канальцах. Альдостерон, гормон коры надпочечников, обеспечивает задержку натрия в тканях, а вместе с ним сохраняется вода. Потребность животного в воде составляет в среднем 35-40 г на кг массы тела в сутки.

Отметим, что химические вещества в организме животного находятся в ионизированной форме, в виде ионов. Ионы, в зависимости от знака заряда, относятся к анионам (отрицательно заряженный ион) или к катионам (положительно заряженный ион). Элементы, которые диссоциируют в воде, образуя анионы и катионы, классифицируются как электролиты. Соли щелочных металлов (NaCl, КС1, NaHC0 3), соли органических кислот (лактат натрия, например) при растворении в воде диссоциируют полностью и являются электролитами. Легко растворяющиеся в воде сахара и спирты не диссоциируют в воде и не несут заряда, поэтому рассматриваются как неэлектролиты. Сумма анионов и катионов в тканях организма в целом одинакова.

Ионы диссоциирующих веществ, обладая зарядом, ориентируются вокруг диполей воды. Вокруг катионов диполи воды располагаются своими отрицательными зарядами, а анионы окружаются положительными зарядами воды. При этом возникает явление электростатической гидратации. По причине гидратации эта часть воды в тканях находится в связанном состоянии. Другая часть воды связана с различными клеточными органеллами, составляя так называемую иммобильную воду.

Ткани организма включают 20 обязательных из всех природных химических элементов. Углерод, кислород, водород, азот, сера являются незаменимыми компонентами биомолекул, из которых по массе преобладает кислород.

Химические элементы в организме формируют соли (минералы) и входят в состав биологически активных молекул. Биомолекулы имеют низкую молекулярную массу (30-1500) или являются макромолекулами (белки, нуклеиновые кислоты, гликоген), молекулярные массы которых составляют миллионы единиц. Отдельные химические элементы (Na, К, Са, S, Р, С1) составляют в тканях около 10 " 2 % и более (макроэлементы), тогда как другие (Fe, Со, Си, Zn, J, Se, Ni, Мо), например, присутствуют в значительно меньших количествах - 10" 3 -10~ 6 % (микроэлементы). В организме животного минеральные вещества составляют 1-3% от общей массы тела и распределяются чрезвычайно неравномерно. В отдельных органах содержание микроэлементов может быть значительным, например йод в щитовидной железе.

После абсорбции минералов в большей мере в тонком кишечнике они поступают в печень, где некоторые из них депонируются, а другие распределяются по различным органам и тканям организма. Выделяются минеральные вещества из организма главным образом в составе мочи и каловых масс.

Обмен ионами между клетками и межклеточной жидкостью происходит на основе как пассивного, так и активного транспорта через полупроницаемые мембраны. Возникающее осмотическое давление обусловливает тургор клеток, поддерживая эластичность тканей и форму органов. Активный транспорт ионов или передвижение их в среду с меньшей концентрацией (против осмотического градиента) требует затрат энергии молекул АТФ. Активный транспорт ионов характерен для ионов Na + , Са 2 ~ и сопровождается усилением окислительных процессов, генерирующих АТФ.

Роль минеральных веществ заключается в поддержании определенного осмотического давления плазмы крови, кислотно-щелочного равновесия, проницаемости различных мембран, регуляции активности ферментов, сохранении структур биомолекул, включая белки и нуклеиновые кислоты, в поддержании моторной и секреторной функции пищеварительного тракта. Поэтому при многих нарушениях функций пищеварительного тракта животного рекомендуются в качестве лечебных средств различные составы минеральных солей.

Важным является как абсолютное количество, так и должное соотношение в тканях между определенными химическими элементами. В частности, оптимальное соотношение в тканях Na:K:Cl составляет в норме 100:1:1,5. Выраженной особенностью является «асимметрия» в распределении ионов солей между клеткой и внеклеточной средой тканей организма.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

КАРАГАНДИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИ Н СКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра общей и биологической химии

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ

(Водно-солевой обмен. Биохимия почек и мочи)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Караганда 2004

Авторы: зав. кафедрой проф. Л.Е. Муравлева, доцент Т.С. Омаров, доцент С.А. Искакова, преподаватели Д.А. Клюев, О.А. Понамарева, Л.Б. Айтишева

Рецензент: профессор Н.В. Козаченко

Утверждена на заседании кафедры пр.№ __ от __2004 г.

Утверждена зав. кафедрой

Утверждена на МК медико-биологического и фармацевтического факультетов

пр.№ _от __2004 г.

Председатель

1. Водно-солевой обмен

Одним из наиболее часто нарушающихся при патологии видов обмена веществ является водно-солевой. Он связан с постоянным движением воды и минеральных веществ из внешней среды организма во внутреннюю, и наоборот.

В организме взрослого человека на воду приходится 2/3 (58-- 67%) массы тела. Около половины ее объема сосредоточено в мышцах. Потребность в воде (человек ежесуточно получает до 2,5--3 л жидкости) покрывается за счет поступления ее в виде питья (700--1700 мл), преформированной воды, входящей в состав пищи (800--1000 мл), и воды, образующейся в организме при обмене веществ -- 200--300 мл (при сгорании 100 г жиров, белков и углеводов образуется соответственно 107,41 и 55 г воды). Эндогенная вода в относительно большом количестве синтезируется при активации процесса окисления жиров, что наблюдается при различных, прежде всего пролонгированных стрессовых состояниях, возбуждении симпатико-адреналовой системы, разгрузочной диетотерапии (нередко используемой для лечения больных ожирением).

Благодаря постоянно происходящим обязательным водным потерям внутренний объем жидкости в организме сохраняется неизмененным. К числу таких потерь относят ренальные (1,5 л) и экстраренальные, связанные с выделением жидкости через желу-дочно-кишечный тракт (50--300 мл), дыхательные пути и кожу (850--1200 мл). В целом объем обязательных потерь воды составляет 2,5--3 л, во многом зависят от количества выводимых из организма шлаков.

Участие воды в процессах жизнедеятельности весьма разнообразно. Вода является растворителем многих соединений, непосредственным компонентом ряда физико-химических и биохимических превращений, транспортером эндо- и экзогенных веществ. Кроме того, она выполняет механическую функцию, ослабляя трение связок, мышц, поверхности хрящей суставов (тем самым облегчая их подвижность), участвует в терморегуляции. Вода поддерживает гомеостаз, зависящий от величины осмотического давления плазмы (изоосмия) и объема жидкости (изоволемия), функционирования механизмов регуляции кислотно-основного состояния, протекания процессов, обеспечивающих постоянство температуры (изотермию).

В организме человека вода пребывает в трех основных физико-химических состояниях, в соответствии с которыми выделяют: 1) свободную, или мобильную, воду (составляет основную часть внутриклеточной жидкости, а также крови, лимфы, интерстициальной жидкости); 2) воду, связанную гидрофильными коллоидами, и 3) конституциональную, входящую в структуру молекул белков, жиров и углеводов.

В организме взрослого человека массой 70 кг объем свободной воды и воды, связанной гидрофильными коллоидами, составляет примерно 60% массы тела, т.е. 42 л. Эта жидкость представлена внутриклеточной водой (на ее долю приходится 28 л, или 40% массы тела), составляющей внутриклеточный сектор, и внеклеточной водой (14 л, или 20% массы тела), образующей внеклеточный сектор. В состав последнего входит внутрисосудистая (интраваскулярная) жидкость. Этот внутрисосудистый сектор образован плазмой (2,8 л), на долю которой приходится 4--5% массы тела, и лимфой.

Интерстициальная вода включает в себя собственно межклеточную воду (свободную межклеточную жидкость) и организованную внеклеточную жидкость (составляющую 15--16% массы тела, или 10,5 л), т.е. воду связок, сухожилий, фасций, хрящей и т.д. Кроме того, к внеклеточному сектору относят воду, находящуюся в некоторых полостях (брюшной и плевральной полости, перикарда, суставов, желудочков мозга, камерах глаза и др.), а также в желудочно-кишечном тракте. Жидкость этих полостей не принимает активного участия в метаболических процессах.

Вода человеческого организма не застаивается в различных его отделах, а постоянно движется, непрерывно обмениваясь с другими секторами жидкости и с внешней средой. Передвижение воды во многом осуществляется благодаря выделению пищеварительных соков. Так, со слюной, с соком поджелудочной железы в кишечную трубку направляется около 8 л воды в сутки, но эта вода вследствие всасывания в более низких участках пищеварительного тракта практически не теряется.

Жизненно необходимые элементы подразделяются на макроэлементы (суточная потребность >100 мг) и микроэлементы (суточная потребность <100 мг). К макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), кальций (Ca), магний (Мg), хлор (Cl), фосфор (Р), сера (S) и иод (I). К жизненно важным микроэлементам, необходимым лишь в следовых количествах, относятся железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Мn), медь (Cu), кобальт (Со), хром (Сr), селен (Se) и молибден (Мо). Фтор (F) не принадлежит к этой группе, однако он необходим для поддержания в здоровом состоянии костной и зубной ткани. Вопрос относительно принадлежности к жизненно важным микроэлементам ванадия, никеля, олова, бора и кремния остается открытым. Такие элементы принято называть условно эссенциальными.

В таблице 1 (колонка 2) приведено среднее содержание минеральных веществ в организме взрослого человека (в расчете на массу 65 кг). Среднесуточная потребность взрослого человека в указанных элементах приведена в колонке 4. У детей и женщин в период беременности и кормления ребенка, а также у больных потребность в микроэлементах обычно выше.

Так как многие элементы могут запасаться в организме, отклонение от суточной нормы компенсируется во времени. Кальций в форме апатита запасается в костной ткани, иод -- в составе тиреоглобулина в щитовидной железе, железо -- в составе ферритина и гемосидерина в костном мозге, селезенке и печени. Местом хранения многих микроэлементов служит печень.

Обмен минеральных веществ контролируется гормонами. Это относится, например, к потреблению Н 2 О, Ca 2+ , PO 4 3- , связыванию Fe 2+ , I - , экскреции H 2 O, Na + , Ca 2+ , PO 4 3- .

Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и в ряде случаев от состава пищевых продуктов. В качестве примера влияния состава пищи можно рассмотреть кальций. Всасыванию ионов Ca 2+ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют всасывание кальция из-за комплексообразования и образования плохо растворимых солей (фитин).

Дефицит минеральных веществ -- явление не столь редкое: оно возникает по различным причинам, например из-за однообразного питания, нарушения усвояемости, при различных заболеваниях. Недостаток кальция может наступить в период беременности, а также при рахите или остеопорозе. Хлородефицит наступает из-за большой потери ионов Сl - при сильной рвоте. Из-за недостаточного содержания иода в пищевых продуктах во многих районах Центральной Европы распространенным явлением стали иодо дефицитные состояния и зобная болезнь. Дефицит магния может возникать из-за диареи или из-за однообразного питания при алкоголизме. Недостаток в организме микроэлементов часто проявляется нарушением кроветворения, т.е. анемией.В последней колонке перечислены функции, выполняемые в организме указанными минеральными веществами. Из данных таблицы видно, что почти все макроэлементы функционируют в организме как структурные компоненты и электролиты. Сигнальные функции выполняют иод (в составе иодтиронина) и кальций. Большинство микроэлементов являются кофакторами белков, главным образом ферментов. В количественном отношении в организме преобладают железосодержащие белки гемоглобин, миоглобин и цитохром, а также более 300 цинксодержащих белков.

2. Регуляция водно-солевого обмена. Роль вазопрессина, альдостерона и ренин-ангиотензиновой системы

Основными параметрами водно-солевого гомеостаза являются осмотическое давление, рН и объем внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Изменение этих параметров может привести к изменению артериального давления, ацидозу или алкалозу, дегидратации и отекам. Основными гормонами, участвующими в регуляции водно-солевого баланса, являются АДГ, альдостерон и предсердный натрий-уретический фактор (ПНФ).

АДГ, или вазопрессин, -- пептид, содержащий 9 аминокислот, соединенных одним дисульфидным мостиком. Синтезируется в виде прогормона в гипоталамусе, затем переносится в нервные окончания задней доли гипофиза, из которых секретируется в кровоток при соответствующей стимуляции. Перемещение по аксону связано со специфическим белком-переносчиком (нейрофизином)

Стимулом, вызывающим секрецию АДГ, служит повышение концентрации ионов натрия и увеличение осмотического давления внеклеточной жидкости.

Наиболее важные клетки-мишени для АДГ - клетки дистальных канальцев и собирательные трубочки почек. Клетки этих протоков относительно непроницаемы для воды, и в отсутствие АДГ моча не концентрируется и может выделяться в количествах, превышающих 20 л в сутки (норма 1--1,5 л в сутки).

Для АДГ существуют два типа рецепторов - V 1 и V 2 . Рецептор V 2 обнаружен только на поверхности эпителиальных клеток почек. Связывание АДГ с V 2 сопряжено с аденилатциклазной системой и стимулирует активацию протеинкиназы А (ПКА). ПКА фосфорилирует белки, которые стимулируют экспрессию гена мембранного белка -- аквапорина-2. Аквапорин 2 перемещается к апикальной мембране, страивается в нее и образует водные каналы. Эти обеспечивают селективную проницаемость мембраны клеток для воды. Молекулы воды свободно диффундируют в клетки почечных канальцев, а затем поступают в интерстициальное пространство. В результате происходит реабсорбция воды из почечных канальцев. Рецепторы типа V 1 локализованы в мембранах гладких мышц. Взаимодействие АДГ с рецептором V 1 приводит к активации фосфолипазы С, которая гидролизует фосфатидилинозитол-4,5-бифоcфат с образованием ИФ-3. ИФ-3 вызывает высвобождение Са 2+ из эндоплазматического ретикулума. Результатом действия гормона через рецепторы V 1 является сокращение гладкомышечного слоя сосудов.

Дефицит АДГ, вызванный дисфункцией задней доли гипофиза, а также нарушением в системе передачи гормонального сигнала может приводить к развитию несахарного диабета. Основным проявлением несахарного диабета является полиурия, т.е. выделение большого количества мочи низкой плотности.

Альдостерон - наиболее активный минералокортикостероид синтезируется в коре надпочечников из холестерина.

Синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны стимулируют ангиотензин II, АКТГ, простагландин Е. Эти процессы также активируются при высокой концентрации К + и низкой концентрации Na + .

Гормон проникает внутрь клетки-мишени и взаимодействует со специфическим рецептором, расположенным как в цитозоле, так и в ядре.

В клетках почечных канальцев альдостерон стимулирует синтез белков, которые выполняют разные функции. Эти белки могут: а) увеличивать активность натриевых каналов в мембране клеток дистальных почечных канальцев, способствуя тем самым транспорту ионов натрия из мочи в клетки; б)являться ферментами ЦТК и, следовательно, увеличивать способность цикла Кребса генерировать молекулы АТР, необходимые для активного транспорта ионов; в) активировать работу насоса К + , Na + -АТФазы и стимулировать синтез новых насосов. Суммарным результатом действия белков, которых индуцируется альдостероном, является увеличение реабсорбции ионов натрия в ка-нальцах нефронов, что вызывает задержку NaCl в организме.

Главным механизмом регуляции синтеза и секреции альдостерона служит ренин-ангиотензиновая система.

Ренин -- фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками почечных афферентных артериол. Локализация этих клеток делает их особенно чувствительными к изменению артериального давления. Снижение артериального давления, потеря жидкости или крови, уменьшение концентрации NaCI стимулируют высвобождение ренина.

Ангиотензиноген -- 2 - глобулин, образующийся в печени. Он служит субстратом для ренина. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена и отщепляет N-концевой декапептид (ангиотензин I).

Ангиотензин I служит субстратом для антиотензинпревращающего фермента карбоксидипептидилпептидазы, выявленного в эндотелиальных клетках и плазме крови. От ангиотензина I отщепляются 2 терминальные аминокислоты с образованием октапептида -- ангиотензина II.

Ангиотензин II стимулирует выработку альдостерона, вызывает сужение артериол вследствие чего повышается артериальное давление и вызывает жажду. Ангиотензин II активирует синтез и секрецию альдостерона через инозитолфосфатную систему.

ПНФ -- пептид, содержащий 28 аминокислот с единственным дисульфидным мостиком. ПНФ синтезируется и хранится в виде препрогормона (состоящего из 126 аминокислотных остатков) в кардиоцитах.

Основной фактор, регулирующий секрецию ПНФ -- повышение артериального давления. Другие стимулы: увеличение осмомолярности плазмы, повышение частоты сердцебиения, повышенный уровень катехоламинов в крови и глюкокортикоидов.

Основные органы-мишени ПНФ - почки, периферические артерии.

Механизм действия ПНФ имеет ряд особенностей. Рецептор ПНФ плазматической мембраны являем белком, обладающим активностью гуанилатциклазы. Рецептор имеет доменное строение. Домен, связывающийся с лигандом, локализован во внеклеточном пространстве. В отсутствие ПНФ внутриклеточный домен рецептора ПНФ находится в фосфорилированном состоянии и неактивен. В результате связывания ПНФ с рецептором гуанилатциклазная активность рецептора возрастает и происходит образование циклического GMP из GTP. В результате действия ПНФ ингибируются образование и секреция ренина и альдостерона. Суммарным эффектом действия ПНФ является увеличение экскреции Na + и воды и понижение артериального давления.

ПНФ обычно рассматривают как физиологический антагонист ангиотензина II, поскольку под его влияния возникают не сужение просвета сосудов и (через регуляцию секреции альдостерона) задержка натрия, а наоборот, расширение сосудов и потеря соли.

3. Биохимия почек

Основной функцией почек является выведение из организма воды и водорастворимых веществ (конечных продуктов обмена веществ) (1). С экскреторной функцией тесно связана функция регуляции ионного и кислотно-основного равновесия внутренней среды организма (гомеостатическая функция). 2). Обе функции контролируются гормонами. Кроме того, почки выполняют эндокринную функцию, принимая непосредственное участие в синтезе многих гормонов (3). Наконец, почки участвуют в процессах промежуточного метаболизма (4), особенно в глюконеогенезе и расщеплении пептидов и аминокислот (рис.1).

Через почки проходит очень большой объем крови: 1500 л в сутки. Из этого объема отфильтровывается 180 л первичной мочи. Затем объем первичной мочи существенно снижается за счет реабсорбции воды, в итоге суточный выход мочи составляет 0,5-2,0 л.

Экскреторная функция почек. Процесс мочеобразования

Процесс мочеобразования в нефронах складывается из трех этапов.

Ультрафильтрация (гломерулярная или клубочковая фильтрация). В клубочках почечных телец из плазмы крови в процессе ультрафильтрации образуется первичная моча, изоосмотическая с плазмой крови. Поры, через которые фильтруется плазма, имеют эффективный средний диаметр 2,9 нм. При таком размере пор все компоненты плазмы крови с молекулярной массой (М) до 5 кДа свободно проходят через мембрану. Вещества с M < 65 кДа частично проходят через поры, и только крупные молекулы (М > 65 кДа) удерживаются порами и не попадают в первичную мочу. Так как большинство белков плазмы крови имеют достаточно высокую молекулярную массу (М > 54 кДа) и заряжены отрицательно, они удерживаются гломерулярной базальной мембраной и содержание белков в ультрафильтрате незначительно.

Реабсорбция. Первичная моча концентрируется (примерно в 100 раз по сравнению с исходным объемом) за счет обратной фильтрации воды. Одновременно по механизму активного транспорта в канальцах реабсорбируются практически все низкомолекулярные вещества, особенно глюкоза, аминокислоты, а также большинство электролитов -неорганических и органических ионов (рисунок 2).

Реабсорбция аминокислот осуществляется с помощью группоспецифичных транспортных систем (переносчиков).

Кальций- и фосфат-ионы. Ионы кальция (Са 2+) и фосфат-ионы почти полностью реабсорбируются в почечных канальцах, причем процесс идет с затратой энергии (в форме АТФ). Выход по Са 2+ составляет более 99%, по фосфат-ионам -- 80-90%. Степень реабсорбции этих электролитов регулируется паратгормоном (паратирином), кальцитонином и кальцитриолом.

Пептидный гормон паратирин (ПТГ), секретируемый паращитовидной железой, стимулирует реабсорбцию ионов кальция и одновременно ингибирует реабсорбцию ионов фосфата. В сочетании с действием других гормонов костной ткани и кишечника это приводит к увеличению уровня ионов кальция в крови и снижению уровня фосфат-ионов.

Кальцитонин, пептидный гормон из С-клеток щитовидной железы, ингибирует реабсорбцию ионов кальция и фосфата. Это приводит к снижению уровня обоих ионов в крови. Соответственно, в отношении регуляции уровня ионов кальция кальцитонин является антагонистом паратирина.

Стероидный гормон кальцитриол, образующийся в почках, стимулирует всасывание ионов кальция и фосфат-ионов в кишечнике, способствует минерализации костей, участвует в регуляции реабсорбции ионов кальция и фосфата в почечных канальцах.

Ионы натрия. Реабсорбция ионов Na + из первичной мочи является очень важной функцией почек. Это высокоэффективный процесс: всасывается около 97% Na + . Стероидный гормон альдостерон стимулирует, а атриальный натрийуретический пептид [АНП (ANP)], синтезируемый в предсердии, напротив, ингибирует этот процесс. Оба гормона регулируют работу Na + /К + -АТФ-азы, локализованной на той стороне плазматической мембраны клеток канальцев (дистального отдела и собирательных трубочек нефрона), которая омывается плазмой крови. Этот натриевый насос выкачивает ионы Na + из первичной мочи в кровь в обмен на ионы К + .

Вода. Реабсорбция воды -- процесс пассивный, при котором вода всасывается в осмотически эквивалентном объеме вместе с ионами Na + . В дистальной части нефрона вода может всасываться только в присутствии пептидного гормона вазопрессина (антидиуретического гормона, АДГ), секретируемого гипоталамусом. АНП ингибирует реабсорбцию воды. т. е. усиливает выведение воды из организма.

За счет пассивного транспорта всасываются ионы хлора (2/3) и мочевина. Степень реабсорбции определяет абсолютное количество веществ, остающихся в моче и экскретируемых из организма.

Реабсорбции глюкозы из первичной мочи - энергозависимый процесс, сопряженный с гидролизом АТФ. Вместе с тем он сопровождается сопутствующим транспортом ионов Na + (по градиенту, так как концентрация Na + с первичной моче выше, чем в клетках). По аналогичному механизму всасываются также аминокислоты и кетоновые тела.

Процессы реабсорбции и секреции электролитов и неэлектролитов локализованы в различных отделах почечных канальцев.

Секреция. Большинство веществ, подлежащих выведению из организма, поступают в мочу за счет активного транспорта в почечных канальцах. К таким веществам относятся ионы H + и К + , мочевая кислота и креатинин, лекарственные вещества, например пенициллин.

Органические составляющие мочи:

Основную часть органической фракции мочи составляют азотсодержащие вещества, конечные продукты азотистого обмена. Мочевина, образующаяся в печени. является переносчиком азота, содержащегося в аминокислотах и пиримидиновых основаниях. Количество мочевины непосредственно связано с метаболизмом белка: 70 г белка приводит к образованию ~30 г мочевины. Мочевая кислота служит конечным продуктом обмена пуринов. Креатинин, который образуется за счет спонтанной циклизации креатина, является конечным продуктом обмена веществ в мышечной ткани. Поскольку суточное выделение креатинина является индивидуальной характеристикой (оно прямо пропорционально мышечной массе), креатинин может использоваться как эндогенное вещество для определения скорости гломерулярной фильтрации. Содержание в моче аминокислот зависит от характера питания и эффективности работы печени. В моче присутствуют также производные аминокислот (например, гиппуровая кислота). Содержание в моче производных аминокислот, входящих в состав специальных белков, например гидроксипролина, присутствующего в коллагене, или 3-метилгистидина, входящего в состав актина и миозина, может служить показателем интенсивности расщепления этих белков.

Составными компонентами мочи являются образующиеся в печени конъюгаты с серной и глюкуроновой кислотами, глицином и другими полярными веществами.

В моче могут присутствовать продукты метаболической трансформации многих гормонов (катехоламинов, стероидов, серотонина). По содержанию конечных продуктов можно судить о биосинтезе этих гормонов в организме. Белковый гормон хориогонадотропин (ХГ, M 36 кДа), образующийся в период беременности, попадает в кровь и обнаруживается в моче иммунологическими методами. Присутствие гормона служит показателем беременности.

Желтую окраску моче придают урохромы -- производные желчных пигментов, образующихся при деградации гемоглобина. Моча темнеет при хранении за счет окисления урохромов.

Неорганические составляющие мочи (рисунок 3)

В моче присутствуют катионы Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ и NH 4 + , анионы Cl - , SO 4 2- и НРО 4 2- и в следовых количествах другие ионы. Содержание кальция и магния в фекалиях существенно выше, чем в моче. Количество неорганических веществ в значительной степени зависит от характера питании. При ацидозе может сильно повыситься экскреция аммиака. Выведение многих ионов регулируется гормонами.

Изменения концентрации физиологических компонентов и появление патологических составляющих мочи используются для диагностики заболеваний. Например, при диабете в моче присутствуют глюкоза и кетоновые тела (приложение).

4. Гормональная регуляция мочеобразования

Объем мочи и содержание ионов в ней регулируется благодаря сочетанному действию гормонов и особенностям строения почки. На объем суточной мочи оказывают влияние гормоны:

АЛЬДОСТЕРОН и ВАЗОПРЕССИН (механизм их действия обсуждался ранее).

ПАРАТГОРМОН - гормон паращитовидной железы белково-пептидной природы, (мембранный механизм действия, через цАМФ) также влияет на удаление солей из организма. В почках он усиливает канальцевую реабсорбцию Са +2 и Mg +2 , увеличивает экскрецию К + , фосфата, HCO 3 - и уменьшает экскрецию H + и NH 4 + . В основном это происходит благодаря снижению канальцевой реабсорбции фосфата. Одновременно в плазме крови увеличивается концентрация кальция. Гипосекреция паратгормона приводит к обратным явлениям - увеличению содержания фосфатов в плазме крови и к снижению содержания Ca +2 в плазме.

ЭСТРАДИОЛ - женский половой гормон. Стимулирует синтез 1,25-диоксивитаминаD 3 , усиливает реабсорбцию кальция и фосфора в почечных канальцах.

Гомеостатическая функция почек

1) водно-солевой гомеостаз

Почки участвуют в поддержании постоянного количества воды путем влияния на ионный состав внутри- и внеклеточных жидкостей. Около 75 % ионов натрия, хлора и воды реабсорбируется из клубочкового фильтрата в проксимальном канальце благодаря упомянутому АТФазному механизму. При этом активно реабсорбируются только ионы натрия, анионы перемещаются благодаря электрохимическому градиенту, а вода реабсорбируется пассивно и изоосмотически.

2)участие почек в регуляции кислотно-щелочного равновесия

Концентрация ионов Н + в плазме и в межклеточном пространстве составляет около 40 нМ. Это соответствует величине рН 7,40. рН внутренней среды организма должен поддерживаться постоянным, так как существенные изменения концентрации прогонов не совместимы с жизнью.

Постоянство величины рН поддерживается буферными системами плазмы, которые могут компенсировать кратковременные нарушения кислотно-основного баланса. Длительное рН-равновесие поддерживается с помощью продукции и удаления протонов. При нарушениях в буферных системах и при несоблюдении кислотно-основного баланса, например в результате заболевания почек или сбоев в периодичности дыхания из-за гипо- или гипервентиляции, величина рН плазмы выходит за допустимые пределы. Уменьшение величины рН 7,40 более, чем на 0,03 единицы, называется ацидозом, а повышение -- алкалозом

Происхождение протонов. Существуют два источника протонов -- свободные кислоты пищи и серосодержащие аминокислоты белков, полученные с пищей кислоты, например, лимонная, аскорбиновая и фосфорная, отдают протоны в кишечном тракте (при щелочном рН). В обеспечение баланса протонов наибольший вклад вносят образующиеся при расщеплении белков аминокислоты метионин и цистеин. В печени атомы серы этих аминокислот окисляются до серной кислоты, которая диссоциирует на сульфат-ион и протоны.

При анаэробном гликолизе в мышцах и эритроцитах глюкоза превращается в молочную кислоту, диссоциация которой приводит к образованию лактата и протонов. Образование кетоновых тел -- ацетоуксусной и 3-гидроксимасляной кислот -- в печени также приводит к освобождению протонов, избыток кетоновых тел ведет к перегрузке буферной системы плазмы и снижению рН (метаболический ацидоз; молочная кислота > лактацидоз, кетоновые тела > кетоацидоз). В нормальных условиях эти кислоты обычно метаболизируют до СО 2 и Н 2 О и не влияют на баланс протонов.

Поскольку для организма особую опасность представляет ацидоз, в почках имеются специальные механизмы борьбы с ним:

а) секреция Н +

Этот механизм включает в себя процесс образования СО 2 в метаболических реакциях, протекающих в клетках дистального канальца; затем образование Н 2 СО 3 под действием карбоангидразы; дальнейшую диссоциацию ее на Н + и НСО 3 - и обмен ионов Н + на ионы Na + . Затем натрий и бикарбонатные ионы диффундируют в кровь, обеспечивая ее подщелачивание. Этот механизм проверен в эксперименте - введение ингибиторов карбоангидразы приводит к усилению потерь натрия с вторичной мочой и прекращается подкисление мочи.

б) аммониогенез

Активность ферментов аммониогенеза в почках особенно высока в условиях ацидоза.

К ферментам аммониогенеза относятся глутаминаза и глутаматдегидрогеназа:

в) глюконеогенез

Протекает в печени и в почках. Ключевой фермент процесса - почечная пируваткарбоксилаза. Фермент наиболее активен в кислой среде - этим он отличается от такого же печеночного фермента. Поэтому при ацидозе в почках происходит активация карбоксилазы и кислореагирующие вещества (лактат, пируват) более интенсивно начинают превращаться в глюкозу, не обладающую кислыми свойствами.

Этот механизм важен при ацидозе, связанном с голоданием (при недостатке углеводов или при общем недостатке питания). Накопление кетоновых тел, которые по своим свойствам являются кислотами - стимулирует глюконеогенез. А это способствует улучшению кислотно-щелочного состояния и одновременно снабжает организм глюкозой. При полном голодании до 50% глюкозы крови образуются в почках.

При алкалозе - тормозится глюконеогенез, (в результате изменения рН угнетается ПВК-карбоксилаза) тормозится секреция протонов, но одновременно усиливается гликолиз и увеличивается образование пирувата и лактата.

Метаболическая функция почек

1) Образование активной формы витамина D 3 . В почках, в результате реакции микросомального окисления происходит заключительный этап созревания активной формы витамина Д 3 - 1,25-диоксихолекальциферола. Предшественник этого витамина - витамин Д 3 , синтезируется в коже, под действием ультрафиолетовых лучей из холестерина, и затем гидроксилируется: сначала в печени (в положении 25), а затем в почках (в положении 1). Таким образом, участвуя в образовании активной формы витамина Д 3 , почки оказывают влияние на фосфорно-кальциевый обмен в организме. Поэтому при заболеваниях почек, когда нарушаются процессы гидроксилирования витамина Д 3 , может развиться ОСТЕОДИСТРОФИЯ.

2) Регуляция эритропоэза. В почках вырабатывается гликопротеин, названный почечным эритропоэтическим фактором (ПЭФ или ЭРИТРОПОЭТИН). Он является гормоном, который способен оказывать воздействие на стволовые клетки красного костного мозга, которые являются клетками-мишенями для ПЭФ. ПЭФ направляет развитие этих клеток по пути зритропоэза, т.е. стимулирует образование эритроцитов. Скорость выделения ПЭФ зависит от обеспечения почек кислородом. Если количество поступающего кислорода снижается, то увеличивается выработка ПЭФ - это ведет к увеличению количества эритроцитов в крови и улучшению снабжения кислородом. Поэтому при заболеваниях почек иногда наблюдается почечная анемия.

3) Биосинтез белков. В почках активно идут процессы биосинтеза белков, которые необходимы другим тканям. Здесь синтезируются некоторые компоненты:

- системы свертывания крови;

- системы комплемента;

- системы фибринолиза.

- в почках в клетках юкстагломерулярного аппарата (ЮГА) синтезируется РЕНИН

Ренин-ангиотензин-альдостероновая система работает в тесном контакте с другой системой регуляции сосудистого тонуса: КАЛЛИКРЕИН-КИНИНОВОЙ СИСТЕМОЙ, действие которой приводит к понижению артериального давления.

В почках синтезируется белок кининоген. Попадая в кровь, кининоген под действием сериновых протеиназ - калликреинов превращается в вазоактивные пептиды - кинины: брадикинин и каллидин. Брадикинин и каллидин обладают сосудорасширяющим эффектом - понижают артериальное давление. Инактивация кининов происходит при участии карбоксикатепсина - этот фермент одновременно влияет на обе системы регуляции сосудистого тонуса, что приводит к повышению артериального давления. Ингибиторы карбоксикатепсина применяются в лечебных целях при лечении некоторых форм артериальной гипертензии (например, препарат клофеллин).

Участие почек в регуляции артериального давления связано также с выработкой простагландинов, которые обладают гипотензивным эффектом, а образуются в почках из арахидоновой кислоты в результате реакций перекисного окисления липидов (ПОЛ).

4) Катаболизм белков. Почки участвуют в катаболизме некоторых белков, имеющих низкую молекулярную массу (5-6 кДа) и пептидов, которые фильтруются в первичную мочу. Среди них гормоны и некоторые другие БАВ. В клетках канальцев, под действием лизосомальных протеолитических ферментов эти белки и пептиды гидролизуются до аминокислот, которые поступают в кровь и реутилизируются клетками других тканей.

Особенности метаболизма почечной ткани

1. Большие затраты АТФ. Основной расход АТФ связан с процессами активного транспорта при реабсорбции, секреции, а также с биосинтезом белков.

Основной путь получения АТФ - это окислительное фосфорилирование. Поэтому ткань почки нуждается в значительных количествах кислорода. Масса почек составляет всего 0,5% от общей массы тела, а потребление кислорода почками составляет 10% от всего поступившего кислорода. Субстратами для реакций биоокисления в почечных клетках являются:

- жирные кислоты;

- кетоновые тела;

- глюкоза и др.

2. Высокая скорость биосинтеза белков.

3. Высокая активность протеолитических ферментов.

4. Способность к аммониогенезу и глюконеогенезу.

водний солевой почка моча

Медицинское значение

патологические компоненты мочи
КОМПОНЕНТЫ СИМПТОМ ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ БЕЛОК Протеинурия Повреждение мочевыводящих путей (внепочечная протеинурия) или базальных мембран нефрона (почечная протеинурия). Токсикоз беременных, анемия. Источником белка мочи являются, в основном, белки плазмы крови, а также белки почечной ткани. КРОВЬ Гематурия Гемоглобинурия Эритроциты в моче появляются при остром нефрите, воспалительных процессах и травме мочевыводящих путей. Гемоглобин - при гемолизе и гемоглобинемии. ГЛЮКОЗА Глюкозурия Сахарный диабет, стероидный диабет, тиреотоксикоз. ФРУКТОЗА Фруктозурия Врожденная недостаточность ферментов, превращающих фруктозу в глюкозу (дефект фосфофруктокиназы). ГАЛАКТОЗА Галактозурия Врожденная недостаточность фермента, превращающая галактозу в глюкозу (галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы). КЕТОНОВЫЕ ТЕЛА Кетонурия Сахарный диабет, голодание, тиреотоксикоз, черепно-мозговые травмы, кровоизлияния в мозг, инфекционные заболевания. БИЛИРУБИН Билирубинурия Желтухи. Значительно повышен уровень билирубина в моче при механической желтухе. КРЕАТИН Креатинурия У взрослых связана с нарушением превращения креатина в креатинин. Наблюдается при мышечной дистрофии, гипотермии, судорожных состояниях (столбняк, тетания). ОСАДКИ: Фосфаты Оксалаты ураты Фосфатурия Оксалатурия Уратурия Выпадение в осадок некоторых в норме труднорастворимых компонентов мочи (солей кальция, магния) приводит к образованию мочевых камней. Этому способствует защелачивание мочи в мочевом пузыре и лоханках почек при хронических бактериальных инфекциях: микроорганизмы расщепляют мочевину, освобождая аммиак, что и приводит к повышению рН мочи. При подагре (моча подкисляется) камни образуются из мочевой кислоты, которая плохо растворима при рН меньше 7,0.

5. Физико-химические свойства мочи в норме и при патологии

Полиурия - повышение суточного объема мочи. Наблюдается при сахарном и несахарном диабете, хроническом нефрите, пиелонефрите, при избыточном употреблении жидкости с пищей.

Олигурия - снижение суточного объема мочи (менее 0,5 л). Наблюдается при лихорадочном состоянии, при остром диффузном нефрите, мочекаменной болезни, отравлении солями тяжелых металлов, употреблении малых количеств жидкости с пищей.

Анурия - прекращение выделения мочи. Наблюдается при поражении почек вследствие отравления, при стрессах (длительная анурия может привести к летальному исходу от уремии (отравление аммиаком)

Цвет мочи в норме янтарный или соломенно-желтый, обусловлен пигментами урохромом, уробилиногеном и др

Красный цвет мочи - при гематурии, гемоглобинурии (камни в почках, нефрит, травмы, гемолиз, употребление некоторых лекарственных веществ).

Коричневый цвет - при высокой концентрации уробилиногена и билирубина в моче (при заболеваниях печени), а также гомогентизиновой кислоты (алкаптонурия при нарушении обмена тирозина).

Зеленый цвет - при употреблении некоторых лекарственных препаратов, при повышении концентрации индоксилсерной кислоты, которая разлагается с образованием индиго (усиление процессов гниения белков в кишечнике)

Прозрачность мочи - в норме полная. Мутность может быть обусловлена наличием в моче белка, клеточных элементов, бактерий, слизи, осадка

Плотность мочи в норме колеблется в довольно широких пределах - от 1,002 до 1,035 в течение суток (в среднем 1012-1020). Это означает, что в сутки с мочой выделяется от 50 до 70 г плотных веществ. Приблизительный расчет плотности остатка: 35х2,6=71 г, где 35 - две последние цифры из определенной относительной плотности, 2,6 - коэффициент. Повышение и понижение плотности мочи в течение суток, то есть ее концентрирование и разведение, необходимы для поддержания постоянства осмотического давления крови.

Изостенурия - выделение мочи с постоянно низкой плотностью, равной плотности первичной мочи (около 1010), что наблюдается при тяжелой недостаточности почек, при несахарном диабете.

Высокая плотность (более 1035) наблюдается при сахарном диабете из-за высокой концентрации глюкозы в моче, при остром нефрите (олигурия).

Нормальные остатки мочи образуются при ее стоянии

Хлопьевидный - из белков, мукопротеидов, эпителиальных клеток мочевыводящих путей

Состоящий из оксалатов и уратов (солей щавелевой и мочевой кислот), которые растворяются при подкислении.

РН мочи в норме находится в пределах 5,5 - 6,5.

Кислая среда мочи при нормальном пищевом рационе может быть обусловлена: 1) серной кислотой, образующейся при катаболизме серосодержащих аминокислот; 2) фосфорной кислотой, образующейся при распаде нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов; 3) анионами, адсорбированными в кишечнике из пищевых продуктов.

Нарушения водного обмена (дизгидрии).

Нарушения водного обмена включают в себя гипергидрии (гипергидратация) и гипогидрии (гипо- и дегидратация). И те и другие могут быть общими либо охватывать преимущественно внеклеточное или внутриклеточное пространство (т.е. внеклеточный или внутриклеточный сектор). Каждая из форм дизгидрии проявляется как гипер-, изо- и гипотоническая. В соответствии с этим можно говорить о внутри- и внеклеточной гипер-, изо- и гипотонической гипергидратации, а также о внутри-и внеклеточной гипер-, изо- и гипотонической гипогидратации. Изменения, вызванные нарушением распределения воды и электролитов в одном секторе, неизменно влекут вполне определенные сдвиги в другом.

Общее обезвоживание (общая дегидратация) возникает в тех случаях, когда воды в организм вводится меньше, чем теряется им за один и тот же промежуток времени (отрицательный водный баланс). Наблюдается при стенозе, непроходимости пищевода (вызванных ожогами, опухолями или другими причинами), перитонитах, операциях на пищеварительном тракте, полиурии, недостаточном возмещении потерь воды у ослабленных больных, холере, у больных, находящихся в коматозном состоянии.

При водном дефиците в силу сгущения крови концентрация плотных веществ в плазме повышается, что ведет к увеличению осмотического давления. Последнее и обусловливает перемещение воды из клеток через межклеточное пространство во внеклеточную жидкость. В результате этого уменьшается объем внутриклеточного пространства.

Лабораторными признаками общей дегидратации являются повышение гематокрита, вязкости крови, гиперпротеинемия, гиперазотемия, полиурия.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Изменением в распределении жидкости между внеклеточными и внутриклеточными секторами. Суточный диурез. Суточная потребность в воде. Регуляция почками водно-солевого обмена. Регуляция осмотического давления крови.

лекция , добавлен 25.02.2002


Водно-солевой обмен как совокупность процессов поступления воды и солей (электролитов) в организм, их всасывания, распределения во внутренних средах и выделения. Основные заболевания, вызванные нарушением вазопрессина. Регуляция выделения натрия почкой.

контрольная работа , добавлен 06.12.2010


Морфо-функциональная характеристика мочевыделительной системы. Анатомия почек. Строение почек. Механизм мочеобразования. Кровоснабжение почек. Нарушение функций мочевыделительной системы при патологии, пиелонефрит. Методы исследования мочи и работы почек.

реферат , добавлен 31.10.2008


Составные части и типы нефронов. Удаление из организма конечных продуктов обмена. Регуляция водно-солевого обмена и артериального давления. Фильтрация в почках и строение канальцевой системы почек. Мезангиальные клетки и капсула Шумлянского-Боумена.

презентация , добавлен 02.02.2013


Основные формы нарушений водно-солевого обмена. Симптомы дефицита воды. Осмотические и ионные константы. Регуляция выведения воды и электролитов. Патология продукции альдостерона. Клинические проявления гиперосмолярного обезвоживания, принципы терапии.

презентация , добавлен 20.12.2015


Механизмы образования мочи. Ренальные и экстраренальные пути экскреции веществ. Основные функции почек. Кровоток в разных частях почек. Строение кровеносной системы. Классификация нефронов. Механизмы мочеобразования. Фильтрация, реабсорбция, секреция.

презентация , добавлен 12.01.2014


Строение и функция почек, теория образования мочи. Особенности строения нефрона. Физические свойства мочи и клинико-диагностическое значение. Виды протеинурий, методы качественного и количественного определения белка в моче. Определение глюкозы в моче.

шпаргалка , добавлен 24.06.2010


Этиология и патогенез нарушения функций почек: клубочковая и канальцевая фильтрация, реабсорбция, секреция, концентрация и разведение мочи. Клиническая диагностика заболеваний почек, лабораторное исследование и анализ физических и химических свойств мочи.

курсовая работа , добавлен 15.06.2015


Физиология водно-солевого обмена. Электролитный состав организма. Факторы, влияющие на перемещение внеклеточной воды в нем. Нарушение электролитного баланса. Клиническая картина внеклеточной дегидратации. Соотношение растворов для инфузионной терапии.

презентация , добавлен 05.02.2017


Основные функции почек. Правила сбора мочи для исследования. Цвет, запах, кислотность мочи, содержание в ней глюкозы, эритроцитов, лейкоцитов и белка. Функциональная и патологическая протеинурия. Проявления нефротического и азотемического синдромов.

Кафедра биохимии

Утверждаю

Зав. каф. проф., д.м.н.

Мещанинов В.Н.

_____‘’_____________2006 г

ЛЕКЦИЯ № 25

Тема: Водно-солевой и минеральный обмен

Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический.

Водно-солевой обмен – обмен воды и основных электролитов организма (Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , HCO 3 - , H 3 PO 4).

Электролиты – вещества, диссоциирующие в растворе на анионы и катионы. Их измеряют в моль/л.

Неэлектролиты – вещества, недиссоциирующие в растворе (глюкоза, креатинин, мочевина). Их измеряют в г/л.

Минеральный обмен – обмен любых минеральных компонентов, в том числе и тех, которые не влияют на основные параметры жидкой среды в организме.

Вода – основной компонент всех жидкостей организма.

Биологическая роль воды

1. Вода является универсальным растворителем для большинства органических (кроме липидов) и неорганических соединений.
2. Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма.
3. Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму.
4. Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе.
5. Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации.
6. Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул.
7. В комплексе с ГАГ вода выполняет структурную функцию.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ОРГАНИЗМА

Все жидкости организма характеризуются общими свойствами: объемом, осмотическим давлением и величиной рН.

Объем. У всех наземных животных жидкости составляет около 70% от массы тела.

Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы, телосложения и количества жира. Содержание воды в различных тканях распределяется следующим образом: легкие, сердце и почки (80%), скелетная мускулатура и мозг (75%), кожа и печень (70%), кости (20%), жировая ткань (10%). В целом, у худых людей меньше жира и больше воды. У мужчин на воду приходится 60%, у женщин - 50% от массы тела. У пожилых людей больше жира и меньше мышц. В среднем в организме мужчин и женщин старше 60 лет содержится соответственно 50% и 45% воды.

При полном лишении воды смерть наступает через 6-8 дней, когда количество воды в организме снижается на 12%.

Вся жидкость организма разделена на внутриклеточный (67%) и внеклеточный (33%) бассейны.

Внеклеточный бассейн (экстрацеллюлярное пространство) состоит из:

1. Внутрисосудистой жидкости;

2. Интерстициальной жидкости (межклеточная);

3. Трансцеллюлярной жидкости (жидкость плевральной, перикардиальной, перитонеальной полостей и синовиального пространства, цереброспинальная и внутриглазная жидкость, секрет потовых, слюнных и слезных желез, секрет поджелудочной железы, печени, желчного пузыря, ЖКТ и дыхательных путей).

Между бассейнами жидкости интенсивно обмениваются. Перемещение воды из одного сектора в другой происходит при изменении осмотического давления.

Осмотическое давление – это давление, которое создают все растворенные в воде вещества. Осмотическое давление внеклеточной жидкости определяется главным образом концентрацией NaCl.

Внеклеточная и внутриклеточная жидкости значительно отличаются по составу и концентрации отдельных компонентов, но общая суммарная концентрация осмотически активных веществ примерно одинакова.

рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации протонов. Величина рН зависит от интенсивности образования в организме кислот и оснований, их нейтрализации буферными системами и удалением из организма с мочой, выдыхаемым воздухом, потом и калом.

В зависимости от особенности обмена, величина рН может заметно отличаться как внутри клеток разных тканей, так и в разных отсеках одной клетки (в цитозоле кислотность нейтральная, в лизосомах и в межмембранном пространстве митохондрий - сильно кислая). В межклеточной жидкости разных органов и тканей и плазме крови величина рН, как и осмотическое давление, относительно постоянная величина.

РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА

В организме водно-солевой баланс внутриклеточной среды поддерживается постоянством внеклеточной жидкости. В свою очередь, водно-солевой баланс внеклеточной жидкости поддерживается через плазму крови с помощью органов и регулируется гормонами.

Органы, регулирующие водно-солевой обмен

Поступление воды и солей в организм происходит через ЖКТ, этот процесс контролируется чувством жажды и солевым аппетитом. Выведение излишков воды и солей из организма осуществляют почки. Кроме того, воду из организма выводят кожа, легкие и ЖКТ.

Баланс воды в организме

Для ЖКТ, кожи и легких выведение воды является побочным процессом, который происходит в результате выполнения ими своих основных функций. Например, ЖКТ теряет воду, при выделении из организма непереваренных веществ, продуктов метаболизма и ксенобиотиков. Легкие теряют воду при дыхании, а кожа при терморегуляции.

Изменения в работе почек, кожи, легких и ЖКТ может привести к нарушению водно-солевого гомеостаза. Например, в жарком климате, для поддержания температуры тела, кожа усиливает потовыделение, а при отравлениях, со стороны ЖКТ возникает рвота или диарея. В результате усиленной дегидратации и потери солей в организме возникает нарушение водно-солевого баланса.

Гормоны, регулирующие водно-солевой обмен

Вазопрессин

Антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин - пептид с молекулярной массой около 1100 Д, содержащий 9 АК, соединённых одним дисульфидным мостиком.

АДГ синтезируется в нейронах гипоталамуса, переносится в нервные окончания задней доли гипофиза (нейрогипофиз).

Высокое осмотическое давление внеклеточной жидкости активирует осморецепторы гипоталамуса, в результате возникают нервные импульсы, которые передаются в заднюю долю гипофиза и вызывают высвобождение АДГ в кровоток.

АДГ действует через 2 типа рецепторов: V 1 , и V 2 .

Главный физиологический эффект гормона, реализуется V 2 рецепторы, которые находятся на клетках дистальных канальцев и собирательных трубочек, которые относительно непроницаемы для молекул воды.

АДГ через V 2 рецепторы стимулирует аденилатциклазную систему, в результате фосфорилируются белки, стимулирующие экспрессию гена мембранного белка - аквапорина-2 . Аквапорин-2 встраивается в апикальную мембрану клеток, образуя в ней водные каналы. По этим каналам вода пассивной диффузией реабсорбируется из мочи в интерстициальное пространство и моча концентрируется.

В отсутствие АДГ моча не концентрируется (плотность <1010г/л) и может выделяться в очень больших количествах (>20л/сут), что приводит к дегидратации организма. Это состояние называется несахарный диабет .

Причиной дефицита АДГ и несахарного диабета являются: генетические дефекты синтеза препро-АДГ в гипоталамусе, дефекты процессинга и транспорта проАДГ, повреждения гипоталамуса или нейрогипофиза (например, в результате черепно-мозговой травмы, опухоли, ишемии). Нефрогенный несахарный диабет возникает вследствие мутации гена рецептора АДГ типа V 2 .

Рецепторы V 1 локализованы в мембранах ГМК сосудов. АДГ через рецепторы V 1 активирует инозитолтрифосфатную систему и стимулирует высвобождение Са 2+ из ЭР, что стимулирует сокращение ГМК сосудов. Сосудосуживающий эффект АДГ проявляется при высоких концентрациях АДГ.