Роль почек в организме

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Роль почек в регуляции системного давления. Ренин-ангиотензивная система

2. Механизм регуляции почками эритропоэзза

3. Почечный эндокринный контроль кальциевого обмена

4. Метаболические функции почек

1. Роль почек в регуляции системного давления. Ренин-ангиотензивная система

Почки участвуют в регуляции артериального давления благодаря нескольким механизмам.

1. В почках образуется ренин, являющийся частью ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС), которая обеспечивает регуляцию тонуса кровеносных сосудов, поддержание баланса натрия в организме и объема циркулирующей крови, активацию адренергических механизмов регуляции насосной функции сердца и сосудистого тонуса. Уменьшение уровня давления крови в приносящей артериоле клубочка, повышение симпатического тонуса и концентрации натрия в моче дистального канальца активирует секрецию ренина, что с помощью ангиотензина-Н и альдостерона способствует нормализации сниженной величины артериального давления. Неадекватно избыточная секреция ренина и активация РААС может быть причиной повышенного артериального давления.

2. В почке образуются вещества депрессорного действия, т. е. снижающие тонус сосудов и артериальное давление. Их образование получило название «антигипертензивной» функции почек, поскольку ее нарушение может приводить к артериальной гипертензии.

Антигипертензивные гуморальные факторы почек представлены несколькими соединениями, образующимися в основном интерстициальными клетками мозгового вещества: 1) простагландинами -- ПГА, ПГЕ, ПГD, ПГI; 2) алкиловыми эфирами фосфатидилхолина (активирующий тромбоциты фактор); 3) нейтральным липидом мозгового вещества; а также образующимися в корковом веществе кининами. Активация синтеза почечных простагландинов происходит при артериальной гипертензии, после ишемизации почки, под влиянием норадреналина, вазопрессина, ангиотензина-II, почечных кининов и стимуляции почечных симпатических нервов. Противогипертензивное действие простагландинов заключается как в вазодилатирующем эффекте, так и в стимуляции почечной экскреции ионов натрия и воды. Большая часть поступающих в кровь простагландинов разрушается в легких, поэтому в артериальные сосуды не попадает, за исключением ПГI2, почти не деградирущего в малом круге и обладающего мощным системным вазодилатирующим эффектом. Важное значение для про-тивогипертензивного действия имеет торможение синаптической передачи в адренергических синапсах под влиянием ПГЕ. Наличием обратной связи между простагландинами и ренин-ангиотензин-альдостероновой системой обусловлен стимулирующий эффект простагландинов на синтез ренина в юкстагломерулярном аппарате почек. Алкиловые эфиры фосфатидилхолина и нейтральный липид мозгового вещества почек в отличие от большинства простагландинов оказывают, в основном, системное вазодилатирующеее действие и являются поэтому основными гемодинамическими антигипертензивными факторами почек. Кининовая система почек проявляет антигипертензивное действие как за счет системного вазодилатирующего эффекта, так и, в большей мере, благодаря внутрипочечной вазодилатации, повышению почечного кровотока, диуретическому и натрийуретическому эффектам.

3. Почка экскретирует воду и электролиты, а их содержание в крови, вне- и внутриклеточной среде является важным для поддержания уровня артериального давления. Задержка ионов натрия и воды во внутренней среде обеспечивает прирост объема циркулирующей крови. Однако большую роль играет содержание ионов натрия, калия и кальция во вне- и внутриклеточной среде, поскольку оно определяет сократимость миокарда и сосудистый тонус, а также реактивность сердца и сосудов к регулятор-ным нейрогуморальным влияниям. почка ангиотензивный эндокринный секреция

4. Почки участвуют в регуляции артериального давления с помощью феномена «давление--натрийурез--диурез», суть которого заключается в том, что повышение артериального давления вызывает увеличение экскреции с мочой ионов натрия, возрастание объема диуреза и, в итоге, восстановление уровня артериального давления. Четыре основных механизма лежат в его основе. Во-первых, повышенное артериальное давление тормозит секрецию ренина, образование в почечной циркуляции ангиотензина-П, и в результате ослабляется стимуляция ангиотензином реабсорбции ионов натрия. Во-вторых, повышенное артериальное давление увеличивает образование в почках натрийуретических веществ: окиси азота и простагландинов Е2, продукции последнего способствует и снижение уровня ангиотензина-II. В-третьих, повышенное артериальное давление способствует росту гидростатического давления в почечном интерстиции, что уменьшает реабсорбцию воды и натрия. В-четвертых, повышение артериального давления ускоряет кровоток по прямым сосудам мозгового вещества почки. Это приводит к вымыванию осмотического градиента натрия и мочевины, что снижает реабсорбцию воды, а следовательно, ослабляет концентрационную способность почки. Таким образом происходит увеличение натрийуреза и диуреза, следствием которых является уменьшение объема циркулирующей крови, снижение прессорной активности сосудов, и в результате нормализуется артериальное давление.

Ренин-ангиотензиновая система. В юкстагломерулярных клетках, расположенных в области плотного пятна в почках (между приносящей и выносящей артериолами сосудистого клубочка), вырабатывается полипептид ренин. Строго говоря, ренин - это не гормон (так как он не действует на рецепторы), а протеаза, действующая на ангиотензиноген. Кроме почек, прогормон ренина вырабатывается в печени. Он является частью системы поддержания артериального давления и уровня натрия в условиях потери жидкости. В ответ на понижение артериального давления и снижение уровня натрия в крови, в почках начинается усиленная выработка ренина, который поступает в кровь. В плазме крови он действует на полипептид ангиотензиноген (б2-глобулин, вырабатывающийся в печени), отщепляет от него несколько аминокислотных остатков и переводит его в ангиотензин 1 (10 аминокислот), который затем под действием ангиотензин-превращающего фермента (карбоксидипептидилпептидазы) превращается в ангиотензин 2 (8 аминокислот). Ангиотензин 2 является мощнейшим фактором, вызывающим сужение сосудов (артериол) и повышение артериального давления, например, в условиях кровопотери. Вторым важным аспектом действия ангиотензина 2 является стимуляция секреции альдостерона, что также способствует увеличению тонуса сосудов за счет увеличения объема циркулирующей крови. Кроме того, ангиотензин усиливает чувство жажды и способствует организации питьевого поведения.

Гуморальным регулятором эритропоэза является гормон эритропоэтин. Основным источником его у человека являются почки, их перитубулярные клетки -- в них образуется до 85-90 % гормона, остальное количество вырабатывается в макрофагах (купферовские клетки и др.).

2. Механизм регуляции почками эритропоэзза

Синтез и секреция эритропоэтина

Синтез и секреция эритропоэтина определяется уровнем оксигенации почек. Структурой почек, чувствительной к гипокисии, является гемсодержащий белок перитубулярных клеток, связывающий молекулу кислорода. При достаточной оксигенации почек оксиформа гемопротеина блокирует ген, регулирующий синтез эритропоэтина. В отсутствии кислорода деоксиформа гемопротеина прекращает тормозить синтез эритропоэтина. При дефиците кислорода в почечных структурах активируются чувствительные к гипоксии ферменты. Например, фосфолипаза А₂ ответственная за синтез простагландинов, в т.ч. Е₁ и Е₂-, активирующих аденилатциклазу и вызывающих рост концентрации цАМФ в перитубулярных клетках почек, синтезирующих эритропоэтин. Лактан, адреналин, норадреналин, взаимодействующие с В₂-адренорецепторами почек, также активируют аденилатциклазную систему, при этом нарастает концентрация цАМФ и цГМФ, вызывающих усиление синтеза и секрецию эритропоэтина в кровь. Так, продукцию эритропоэтина стимулирует пребывание человека в горах, где рО₂ в атмосферном воздухе снижено; кровопотеря, уменьшающая кислородную емкость крови и т.д. У человека количество эритропоэтина составляет 0,01-0,08 МЕ/мл плазмы, но при гипоксии оно может возрастать в 1000 и более раз. Существует взаимосвязь между величиной гематокрита и уровнем эритропоэтина в плазме. При гематокрите, равном 40-45, количество эритропоэтина составляет 5-80 милиЕД/мл, а при гематокрите равном 10-20 -- 1-8 ЕД/мл плазмы. Эритропоэтин усиливает пролиферацию клеток-предшественниц эритроидного ряда -- КОЕ-Э, а также всех способных к делению эритробластов и ускоряет синтез гемоглобина во всех эритроидных клетках, включая ретикулоциты. Эритропоэтин «запускает» в чувствительных к нему клетках синтез иРНК, необходимых для образования энзимов, участвующих в формировании гема и глобина. Гормон увеличивает также кровоток в сосудах, окружающих эритропоэтическую ткань в костном мозге, и увеличивает выход в кровь ретикулоцитов из его синусоидов.

Торможение эритропоэза

Торможение эритропоэза вызывают особые вещества -- ингибиторы эритропоэза, образующиеся при увеличении массы циркулирующих эритроцитов, несоответствующей потребностям тканей в кислороде. Они обнаруживаются, например, в крови у спустившихся с гор людей. Ингибиторы эритропоэза удлиняют цикл деления эритроидных клеток, тормозят в них синтез гемоглобина.

Эритропоэз активируют увеличивающие чувствительность ткани костного мозга к эритропоэтину мужские половые гормоны -- андрогены. Стимулирующее влияние оказывают не сами андрогены, а продукты их 5-В- редуктазного превращения -- 5-В- Н- метаболиты.

Женские половые гормоны -- эстрогены обладают противоположным действием на эритропоэз. После полового созревания устанавливающиеся различия в содержании эритроцитов и гемоглобина с более высокими их значениями у мужчин, чем у женщин, связаны с указанным эффектом половых гормонов.

Катехоламины, взаимодействуя с В-адренорецепторами КОЕ-Э, усиливают пролиферацию этих эритроидных клеток- предшественниц.

3. Почечный эндокринный контроль кальциевого обмена

1. Образование и основные эффекты кальцитриола

Кальцитриол является активным метаболитом витамина Д₃ и, в отличие от двух других кальций-регулирующих гормонов -- паратирина и кальцитонина, -- имеет стероидную природу.

Образование кальцитриола происходит в три этапа.

Первый этап протекает в коже, где под влиянием ультрафиолетовых лучей из провитамина образуется витамин Д₃ или холекальциферол.

Второй этап связан с печенью, куда холекальциферол транспортируется кровью и где в эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов происходит его гидроксилирование по 25 атому углерода с образованием 25 (ОН)Д₃. Этот метаболит поступает в кровь и циркулирует в связи с альфа-глобулином. Его физиологические концентрации не влияют на обмен кальция.

Третий этап осуществляется в почках, где в митохондриях клеток проксимальных канальцев происходит второе гидроксилирование и образуются два соединения: 1,25- (ОН)-Д₃ и 24,25- (ОН)-Д₃. Первое является наиболее активной формой витамина Д₃ обладает мощным влиянием на обмен кальция и называетсякальцитриолом. Образование этого гормона регулируется паратирином, который стимулирует гидрокслирование по первому атому углерода. Таким же эффектом, видимо, обладает гипокальциемия. При избытке кальция гидрокслирование происходит по 24 атому углерода и образующееся второе соединение 24,25-(ОН)-Д₃ обладает способностью угнетать секрецию паратирина по принципу обратной связи. Инактивация кальцитриола происходит в печени.

Основной эффект кальцитриола заключается в активации всасывания кальция в кишечнике. Гормон стимулирует все три этапа всасывания: захват ворсинчатой поверхностью клетки, внутриклеточный транспорт, выброс кальция через базолатеральную мембрану во внеклеточную среду. Механизм действия калъцитриола на эпителиальные клетки кишечника состоит в индуцировании, благодаря влиянию на ядра клеток, синтеза энтероцитами специальных кальций-связывающих и траспортируюших белков -- кальбайндинов. Калъцитриол повышает в кишечнике и всасывание фосфатов. Почечные эффекты гормона заключаются в стимуляции реабсорбции фосфата и кальция канальцевым эпителием. Эффекты кальцитриола на костную ткань связаны с прямой стимуляцией остеобластов и обеспечением костной ткани усиленно всасывающимся в кишечнике кальцием, что активирует рост и минерализацию кости. Участие трех кальцийрегулирующих гормонов в го-меостазисе кальция и фосфора показано на рис. 5.3.

Рис.5.3. Основные эффекты кальций-регулирующих гормонов.

Наличие специфических рецепторов к гормону во многих клетках тканей (молочной железе, ряде эндокринных желез), способность кальцитриола активировать транспорт кальция в клетках разных тканей, свидетельствует о широком спектре эффектов этого гормона.

Недостаточность кальцитриола проявляется в виде рахита, т.е. нарушении созревания и кальцификации хрящей и кости у детей, либо отстеомаляции, т.е. падении минерализации костей после завершения роста скелета. При этом сдвиги уровня кальция в крови обуславливают нарушения нейро-мышечной возбудимости и мышечную слабость.

4. Метаболические функции почек

Важной стороной функции почки, которая раньше неодооценивалась, является ее участие в гомеостазе белков, углеводов и липидов. Участие почки в метаболизме органических веществ отнюдь не ограничено способностью к реабсорбции этих соединений или экскреции их избытка. В почке образуются новые и разрушаются различные пептидные гормоны, циркулирующие в крови, происходят потребление низкомолекулярных органических веществ (глюкоза, аминокислоты, свободные жирные кислоты и др.) и образование глюкозы (глюконеогенез), процессы превращения аминокислот, например глицина в серин, необходимый для синтеза фосфатидилсерина, участвующего в образовании и обмене плазматических мембран в различных органах [Wesson L., 1969; Brenner В., Rector F., 1976; Guder W., Schmidt U., 1978].

Следует разграничить понятия «метаболизм почки» и «метаболическая функция почки». Метаболизм, обмен веществ в почке, обеспечивает выполнение всех ее функций. В этом разделе не будут обсуждаться вопросы, касающиеся особенностей биохимических процессов почечных клеток. Речь пойдет только о некоторых сторонах деятельности почки, которые обеспечивают одну из ее важнейших гомеостатических функций, связанную с поддержанием стабильного уровня в жидкостях внутренней среды ряда компонентов углеводного, белкового и липидного обмена.

Участие в обмене белков

Ранее уже отмечалось, что фильтрующая мембрана клубочка практически непроницаема для альбуминов и глобулинов, но через нее свободно фильтруются низкомолекулярные пептиды. Тем самым в канальцы непрестанно поступают гормоны -- инсулин, вазопрессин, ПГ, АКТГ, ангиотензин, гастрин и др. Расщепление до аминокислот этих физиологически активных пептидов имеет двоякое функциональное значение -- в кровь поступают аминокислоты, используемые для синтетических процессов в различных органах и тканях, и организм непрерывно освобождается от поступивших в кровоток биологически активных соединений, что улучшает точность регуляторных влияний.

Снижение функциональной способности почки к удалению этих веществ приводит к тому, что при почечной недостаточности может наступить гипергаспринемия, появляется избыток в крови ПГ (помимо увеличения его секреции). Вследствие замедления инактивации инсулина в почке у больных диабетом при развитии почечной недостаточности может снижаться потребность в инсулине. Нарушение процесса реабсорбции и расщепления низкомолекулярных белков приводит к появлению канальцевой протеинурии. При НС, наоборот, протеинурия обусловлена увеличением фильтрации белков; низкомолекулярные белки при этом по-прежнему реабсорбируются, а в мочу поступают альбумины и крупномолекулярные белки.

Канальцевая реабсорбция отдельных аминокислот, расщепление и реабсорбция полипептидов, всасывание белков путем эндоцитоза -- каждый из этих процессов насыщаем, т. е. имеет свою величину Тm. Это подтверждает представление о различии механизмов всасывания отдельных категорий белков. Существенное значение имеет большая скорость фильтрации в клубочках денатурированных альбуминов по сравнению с нативными. Весьма вероятно, что это служит одним из механизмов элиминации из крови, расщепления клетками канальцев и использования аминокислот тех белков, которые изменились, стали функционально неполноценными. Есть сведения о возможности извлечения некоторых белков и полипептидов клетками нефрона из околоканальцевой жидкости и их последующего катаболизма. К ним относятся, в частности, инсулин и в2-м-глобулин.

Таким образом, почка играет важную роль в расщеплении низкомолекулярных и измененных (в том числе денатурированных) белков. Это объясняет значение почки в восстановлении фонда аминокислот для клеток органов и тканей, в быстром устранении из крови физиологически активных веществ и сохранении для организма их компонентов.

Участие в обмене углеводов

Наряду с фильтрацией и реабсорбцией профильтровавшейся глюкозы почка не только потребляет ее в процессе обмена, но и способна к значительной продукции глюкозы. В обычных условиях скорости этих процессов равны. На утилизацию глюкозы для выработки энергии в почке идет около 13% общего потребления кислорода почкой. Глюконеогенез происходит в коре почки, а наибольшая активность гликолиза характерна для ее мозгового вещества. В процессе обмена в почке глюкоза может окисляться до СО2 или превращаться в молочную кислоту. Гомеостатическое значение ведущих биохимических путей превращения глюкозы в почке можно показать на примере метаболизма глюкозы при сдвигах КЩС.

При хроническом метаболическом алкалозе потребление почкой глюкозы возрастает в несколько раз по сравнению с хроническим метаболическим ацидозом. Существенно, что окисление глюкозы не зависит от КЩС, а увеличение pH способствует сдвигу реакций в направлении образования молочной кислоты.

Почка обладает весьма активной системой образования глюкозы; интенсивность глюконеогенеза при расчете на 1 г массы тючки значительно больше, чем в печени. Метаболическая функция почки, связанная с ее участием в углеводном обмене, проявляется в том, что при длительном голодании почки образуют половину общего количества глюкозы, поступающей в кровь. Превращение кислых предшествеников, субстратов в глюкозу, являющуюся нейтральным веществом, одновременно способствует регуляции pH крови. При алкалозе, наоборот, уменьшен глюконеогенез из кислых субстратов. Зависимость скорости и характера глюконеогенеза от величины pH отличает углеводный обмен почки от такового печени.

В почке изменение скорости образования глюкозы сопряжено с изменением активности ряда ферментов, играющих ключевую роль в глюконеогенезе. Среди них в первую очередь следует назвать фосфоенолпируваткарбоксикиназу, пируваткарбоксилазу, глюкозо-6-фосфатазу и др.

Особенно важно, что организм способен к локальному изменению активности ферментов при генерализованных реакциях. Так, при ацидозе увеличивается активность фосфонолпируваткарбоксикиназы только в коре почки; в печени активность такого же фермента не меняется. В условиях ацидоза в почке возрастает глюконеогенез преимущественно из тех предшественников, которые участвуют в образовании щавелевоуксусной кислоты (оксалацетат). С помощью фосфоенолпируваткарбоксикиназы он превращается в фосфоенолпируват (далее -- d-глицеральдегид-3 РО4, фруктоза-1,6-дифосфат, фруктоза-6 РО4); наконец, глюкозу-6 РО4, из которой с помощью глюкозо-6-фосфатазы освобождается глюкоза.

Сущность активации ключевого фермента, обеспечивающего усиление образования глюкозы при ацидозе, -- фосфоенолпируваткарбоксикиназы, по-видимому, заключается в том, что при ацидозе происходит превращение мономерных форм этого фермента в активную димерную форму, а также замедляется процесс разрушения фермента.

Важную роль в регуляции скорости глюконеогенеза в почке играют гормоны (ПГ, глюкагон) и медиаторы, увеличивающие образование цАМФ в клетках канальцев. Этот посредник способствует усилению процессов превращения в митохондриях ряда субстратов (глутамин, сукцинат, лактат и др.) в глюкозу. Важное значение в регуляции имеет содержание ионизированного кальция, который участвует в увеличении митохондриального транспорта ряда субстратов, обеспечивающих образование глюкозы.

Превращение различных субстратов в глюкозу, поступающую в общий кровоток и доступную для утилизации в различных органах и тканях, свидетельствует о том, что почке присуща важная функция, связанная с участием в энергетическом балансе организма.

Интенсивная синтетическая активность некоторых клеток почки зависит, в частности, от состояния углеводного обмена. В почке высокая активность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы свойственна клеткам macula densa, проксимального канальца и части петли Генле. Этот фермент играет важнейшую роль в окислении глюкозы по гексозомонофосфатному шунту. Он активизируется при уменьшении содержания натрия в организме, что приводит, в частности, к интенсификации синтеза и секреции ренина.

Почка оказалась основным органом окислительного катаболизма инозитола. В ней миоинозитол окисляется в ксилулозу и затем через ряд стадий -- в глюкозу. В ткани почки синтезируется фосфатидилинозитол -- необходимый компонент плазматических мембран, в значительной степени определяющий их проницаемость. Синтез глюкуроновой кислоты важен для образования кислых мукополисахаридов; их много в интерстиции внутреннего мозгового вещества почки, что существенно для процесса осмотического разведения и концентрирования мочи.

Участие в обмене липидов

Свободные жирные кислоты извлекаются почкой из крови и их окисление в значительной степени обеспечивает функцию почки. Так как свободные жирные кислоты связаны в плазме с альбумином, то они не фильтруются, а поступают в клетки нефрона со стороны межклеточной жидкости; перенос через мембрану (клетки связан со специальным механизмом транспорта. Окисление этих соединений происходит больше в коре почки, чем в ее мозговом веществе.

Помимо участия свободных жирных кислот в энергетическом обмене почки, в ней происходит образование триацилглицеринов. Свободные жирные кислоты быстро включаются в фосфолипиды почки, играющие важную роль в различных транспортных процессах. Роль почки в липидном обмене состоит в том, что в ее ткани свободные жирные кислоты включаются в состав триацилглицеринов и фосфолипидов и в виде этих соединений участвуют в циркуляции.

Размещено на Allbest.ru