Эти гормоны образуются в гипоталамусе. В нейрогипофизе происходит их накопление. В клетках супраоптического и паравентрикулярного ядер гипоталамуса осуществляется синтез окситоцина и антидиуретического гормона. Синтезированные гормоны путем аксонального транспорта с помощью белка - переносчика нейрофизина по гипоталамо-гипофизарному тракту - транспортируются в заднюю долю гипофиза. Здесь происходит депонирование гормонов и в дальнейшем выделение в кровь.
Антидиуретический. гормон (АДГ), или вазопрессин, осуществляет в организме антидиуретическое действие, которое выражается в стимуляции реабсорбции воды в дистальном отделе нефрона.
Это действие осуществляется благодаря взаимодействию гормона с вазопрессиновыми рецепторами типа V-2, что приводит к повышению проницаемости стенки канальцев и собирательных трубочек для воды, ее реабсорбции и концентрированию мочи. В клетках канальцев происходит также активация гиалуронидазы, что приводит к усилению деполимеризации гиалуроновой кислоты, в результате чего повышается реабсорбция воды и увеличивается объем циркулирующей жидкости.
При недостаточности образования АДГ развивается несахарный диабет, или несахарное мочеизнурение, который проявляется выделением больших количеств мочи (до 25 л в сутки) низкой плотности, повышенной жаждой. Причинами несахарного диабета могут быть острые и хронические инфекции, при которых поражается гипоталамус (грипп, корь, малярия), черепно-мозговые травмы, опухоль гипоталамуса.
Избыточная секреция АДГ ведет, напротив, к задержке воды в организме.
Окситоцин избирательно действует на гладкую мускулатуру матки, вызывая ее сокращения при родах. На поверхностной мембране клеток существуют специальные окситоциновые рецепторы. Во время беременности окситоцин не повышает сократительную активность матки, но перед родами под влиянием высоких концентраций эстрогенов резко возрастает чувствительность матки к окситоцину. Окситоцин участвует в процессе лактации. Усиливая сокращения миоэпителиальных клеток в молочных железах, он способствует выделению молока. Увеличение секреции окситоцина происходит под влиянием импульсов от рецепторов шейки матки, а также механорецепторов сосков грудной железы при кормлении грудью. Эстрогены усиливают секрецию окситоцина. Функции окситоцина в мужском организме изучены не достаточно.
Недостаток продукции окситоцина вызывает слабость родовой деятельности.
Щитовидная железа состоит из двух долей, соединенных перешейком и расположенных на шее по обеим сторонам трахеи ниже щитовидного хряща. Она имеет дольчатое строение. Ткань железы состоит из фолликулов, заполненных коллоидом, в котором имеются йодсодержащие гормоны тироксин (тетрайодтиронин) и трийодтиронин в связанном состоянии с белком тиреоглобулином. В межфолликулярном пространстве расположены парафолликулярные клетки, которые вырабатывают гормон тиреокальцитонин. Содержание тироксина в крови больше, чем трийодтиронина. Однако активность трийодтиронина выше, чем тироксина. Эти гормоны образуются из аминокислоты тирозина путем ее йодирования. Инактивация происходит в печени посредством образования парных соединений с глюкуроновой кислотой.
Йодсодержащие гормоны выполняют в организме следующие функции: 1) усиление всех видов обмена (белкового, липидного, углеводного), повышение основного обмена и усиление энергообразования в организме; 2) влияние на процессы роста, физическое и умственное развитие; 3) увеличение частоты сердечных сокращений; 4) стимуляция деятельности пищеварительного тракта: повышение аппетита, усиление перистальтики кишечника, увеличение секреции пищеварительных соков; 5) повышение температуры тела за счет усиления теплопродукции; 6) повышение возбудимости симпатической нервной системы.
Секреция гормонов щитовидной железы регулируется тиреотропным гормоном аденогипофиза, тиреолиберином гипоталамуса, содержанием йода в крови. При недостатке йода в крови, а также йодсодержащих гормонов по механизму положительной обратной связи усиливается выработка тиреолиберина, который стимулирует синтез тиреотропного гормона, что, в свою очередь, приводит к увеличению продукции гормонов щитовидной железы. При избыточном количестве йода в крови и гормонов щитовидной железы работает механизм отрицательной обратной связи.
Нарушения функции щитовидной железы проявляются ее гипофункцией и гиперфункцией. Если недостаточность функции развивается в детском возрасте, то это приводит к задержке роста, нарушению пропорций тела, полового и умственного развития. Такое патологическое состояние называется кретинизмом.
У взрослых гипофункция щитовидной железы приводит к развитию патологического состояния - микседемы. При этом заболевании наблюдается торможение нервно-психической активности, что проявляется в вялости, сонливости, апатии, снижении интеллекта, нарушении половых функций, угнетении всех видов обмена веществ и снижении основного обмена. У таких больных увеличена масса тела за счет повышения количества тканевой жидкости и отмечается одутловатость лица. Отсюда и название этого заболевания: микседема - слизистый отек
Гипофункция щитовидной железы может развиться у людей проживающих в местностях, где в воде и почве отмечается недостаток йода. Это так называемый эндемический зоб. Щитовидная железа при этом заболевании увеличена (зоб), возрастает количество фолликулов, однако из-за недостатка йода гормонов o6разуется мало, что приводит к соответствующим нарушениям в организме, проявляющимся в виде гипотиреоза.
При гиперфункции щитовидной железы развивается заболевание тиреотоксикоз (диффузный токсический зоб, Базедова болезнь, болезнь Грейвса). Характерными признаками этого заболевания являются увеличение щитовидной железы (зоб) экзофтальм, тахикардия, повышение обмена веществ, особенно основного, потеря массы тела, увеличение аппетита, нарушение теплового баланса организма, повышение возбудимости и раздражительности.
Кальцитонин, или тиреокальцитонин , вместе с паратгормоном околощитовидных желез участвует в регуляции кальциевого обмена. Под его влиянием снижается уровень кальция в крови (гипокальциемия). Это происходит в результате действия гормона на костную ткань, где он активирует функцию остеобластов и усиливает процессы минерализации. Функция остеокластов, разрушающих костную ткань, напротив, угнетается. В почках и кишечнике кальцитонин угнетает реабсорбцию кальция и усиливает обратное всасывание фосфатов. Продукция тиреокальцитонина регулируется уровнем кальция в плазме крови по типу обратной связи. При снижении содержания кальция тормозится выработка тиреокальцитонина, и наоборот.
Кальцитонин, или тиреокальцитонин, вместе с паратгормоном околощитовидных желез участвует в регуляции кальциевого обмена. Под его влиянием снижается уровень кальция в крови (гипокальциемия). Это происходит в результате действия гормона на костную ткань, где он активирует функцию остеобластов и усиливает процессы минерализации. Функция остеокластов, разрушающих костную ткань, напротив, угнетается. В почках и кишечнике кальцитонин угнетает реабсорбцию кальция и усиливает обратное всасывание фосфатов. Продукция тиреокальцитонина регулируется уровнем кальция в плазме крови по типу обратной связи. При снижении содержания кальция тормозится выработка тиреокальцитонина, и наоборот.
Околощитовидные (паращитовидные) железы
Человек имеет 2 пары околощитовидных желез, расположенных на задней поверхности или погруженных внутри щитовидной железы. Главные, или оксифильные, клетки этих желез вырабатывают паратгормон, или паратирин, или паратиреоидный гормон (ПТГ). Паратгормон регулирует обмен кальция в организме и поддерживает его уровень в крови. В костной ткани паратгормон усиливает функцию остеокластов, что приводит к деминерализации кости и повышению содержания кальция в плазме крови (гиперкальциемия). В почках паратгормон усиливает реабсорбцию кальция. В кишечнике повышение реабсорбции кальция происходит благодаря стимулирующему действию паратгормона на синтез кальцитриола – активного метаболита витамина D3. Витамин D3 образуется в неактивном состоянии в коже под воздействием ультрафиолетового излучения. Под влиянием паратгормона происходит его активация в печени и почках. Кальцитриол повышает образование кальцийсвязывающего белка в стенке кишечника, что способствует обратному всасыванию кальция. Влияя на обмен кальция, паратгормон одновременно воздействует и на обмен фосфора в организме: он угнетает обратное всасывание фосфатов и усиливает их выведение с мочой (фосфатурия).
Активность околощитовидных желез определяется содержанием кальция в плазме крови. Если в крови концентрация кальция возрастает, то это приводит к снижению секреции паратгормона. Уменьшение уровня кальция в крови вызывает усиление выработки паратгормона.
Удаление околощитовидных желез у животных или их гипофункция у человека приводит к усилению нервно-мышечной возбудимости, что проявляется фибриллярными подергиваниями одиночных мышц, переходящих в спастические сокращения групп мышц, премущественно конечностей, лица и затылка. Животное погибает от тетанических судорог.
Гиперфункция околощитовидных желез приводит к деминерализации костной ткани и развитию остеопороза. Гиперкальциемия усиливает склонность к камнеобразованию в почках, способствует развитию нарушений электрической активности сердца, возникновению язв в желудочно-кишечном тракте в результате повышенных количеств гастрина и НСl в желудке, образование которых стимулируют ионы кальция.
Надпочечники
Надпочечники являются парными железами. Это эндокринный орган, который имеет жизненно важное значение. В надпочечниках выделяют два слоя – корковый и мозговой. Корковый слой имеет мезодермальное происхождение, мозговой слой развивается из зачатка симпатического ганглия.
Гормоны коры надпочечников
В коре надпочечников выделяют 3 зоны: наружную – клубочковую, среднюю – пучковую и внутреннюю – сетчатую. В клубочковой зоне продуцируются в основном минералокортикоиды, в пучковой – глюкокортикоиды, в сетчатой – половые гормоны преимущественно андрогены). По химическому строению гормоны коры надпочечников являются стероидами. Механизм действия всех стероидных гормонов заключается в прямом влиянии на генетический аппарат ядра клеток, стимуляции синтеза соответствующих РНК, активации синтеза транспортирующих катионы белков и ферментов, а также повышении проницаемости мембран для аминокислот.
Минералокортикоиды.
К этой группе относятся альдостерон, дезоксикортикостерон, 18-оксикортикостерон, 18-оксидезоксикортикостерон. Эти гормоны участвуют в регуляции минерального обмена. Основным представителем минералокортикоидов является альдостерон. Альдостерон усиливает реабсорбцию ионов натрия и хлора в дистальных почечных канальцах и уменьшает обратное всасывание ионов калия. В результате этого уменьшается выделение натрия с мочой и увеличивается выведение калия. В процессе реабсорбции натрия пассивно возрастает и реабсорбция воды. За счет задержки воды в организме увеличивается объем циркулирующей крови, повышается уровень артериального давления, уменьшается диурез. Аналогичное влияние на обмен натрия и калия альдостерон оказывает в слюнных и потовых железах.
Альдостерон способствует развитию воспалительной реакции. Его провоспалительное действие связано с усилением экссудации жидкости из просвета сосудов в ткани и отечности тканей. При повышенной продукции альдостерона усиливается также секреция водородных ионов и аммония в почечных канальцах, что может привести к изменению кислотно-основного состояния – алкалозу.
В регуляции уровня альдостерона в крови имеют место несколько механизмов, основной из них – это ренин-ангиотензин-альдостероновая система. В небольшой степени продукцию аль-достерона стимулирует АКТГ аденогипофиза. Гипонатриемия или гиперкалиемия по механизму обратной связи стимулирует выработку альдостерона. Антагонистом альдостерона является натрийуретический гормон предсердий.
Глюкокортикоиды.
К глюкокортикоидным гормонам относятся кортизол, кортизон, кортикостерон, 11-дезоксикортизол, 11-дегидрокортикостерон. У человека наиболее важным глюкокортикоидом является кортизол.
Эти гормоны оказывают влияние на обмен углеводов, белков и жиров:
1. Глюкокортикоиды вызывают повышение содержания глюкозы в плазме крови (гипергликемия). Этот эффект обусловлен стимулированием процессов глюконеогенеза в печени, т. е. образования глюкозы из аминокислот и жирных кислот. Глюкокортикоиды угнетают активность фермента гексокиназы, что ведет к уменьшению утилизации глюкозы тканями. Глюкокортикоиды являются антагонистами инсулина в регуляции углеводного обмена.
2. Глюкокортикоиды оказывают катаболическое влияние на белковый обмен. Вместе с тем они обладают и выраженным анти-анаболическим действием, что проявляется снижением синтеза особенно мышечных белков, так как глюкокортикоиды угнетают транспорт аминокислот из плазмы крови в мышечные клетки. В результате снижается мышечная масса, может развиться остеопороз, уменьшается скорость заживления ран.
3. Действие глюкокортикоидов на жировой обмен заключается в активации липолиза, что приводит к увеличению концентрации жирных кислот в плазме крови.
4. Глюкокортикоиды угнетают все компоненты воспалительной реакции: уменьшают проницаемость капилляров, тормозят экссудацию и снижают отечность тканей, стабилизируют мембраны лизосом, что предотвращает выброс протеолитических ферментов, способствующих развитию воспалительной реакции, угнетают фагоцитоз в очаге воспаления. Глюкокортикоиды уменьшают лихорадку. Это действие связано с уменьшением выброса интерлейкина-1 из лейкоцитов, который стимулирует центр теплопродукции в гипоталамусе.
5. Глюкокортикоиды оказывают противоаллергическое действие. Это действие обусловлено эффектами, лежащими в основе противовоспалительного действия: угнетение образования факторов, усиливающих аллергическую реакцию, снижение экссудации, стабилизация лизосом. Повышение содержания глюкокортикоидов в крови приводит к уменьшению числа эозинофилов, концентрация которых обычно увеличена при аллергических реакциях.
6. Глюкокортикоиды угнетают как клеточный, так и гуморальный иммунитет. Они снижают продукцию Ти В-лимфоцитов, уменьшают образование антител, снижают иммунологический надзор. При длительном приеме глюкокортикоидов может возникнуть инволюция тимуса и лимфоидной ткани. Ослабление защитных иммунных реакций организма является серьезным побочным эффектом при длительном лечении глюкокортикоидами, так как возрастает вероятность присоединения вторичной инфекции. Кроме того, усиливается и опасность развития опухолевого процесса из-за депрессии иммунологического надзора. С другой стороны, эти эффекты глюкокортикоидов позволяют рассматривать их как активных иммунодепрессантов.
7. Глюкокортикоиды повышают чувствительность гладких мышц сосудов к катехоламинам, что может привести к возрастанию артериального давления. Этому способствует и их небольшое минералокортикоидное действие: задержка натрия и воды в организме.
8. Глюкокортикоиды стимулируют секрецию соляной кислоты.
Образование глюкокортикоидов корой надпочечников стимулируется АКТГ аденогипофиза. Избыточное содержание глюкокортикоидов в крови приводит к торможению синтеза АКТГ и кортиколиберина гипоталамусом. Таким образом, гипоталамус, аденогипофиз и кора надпочечников объединены функционально и поэтому выделяют единую гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему. При острых стрессовых ситуациях быстро повышается уровень глюкокортикоидов в крови. В связи с метаболическими эффектами они быстро обеспечивают организм энергетическим материалом.
Гипофункция коры надпочечников проявляется снижением содержания кортикоидных гормонов и носит название Аддисоновой (бронзовой) болезни. Главными симптомами этого заболевания являются: адинамия, снижение объема циркулирующей крови, артериальная гипотония, гипогликемия, усиленная пигментация кожи, головокружение, неопределенные боли в области живота, поносы.
При опухолях надпочечников может развиться гиперфункция коры надпочечников с избыточным образованием глюкокортикоидов. Это так называемый первичный гиперкортицизм, или синдром Иценко – Кушинга. Клинические проявления этого синдрома такие же, как и при болезни Иценко – Кушинга.
В средней доле гипофиза вырабатывается гормон меланотропин (интермедин), который оказывает влияние на пигментный обмен.
Задняя доля гипофиза тесно связана с супраоптическим и паравентрикулярным ядром гипоталамуса. Нервные клетки этих ядер вырабатывают нейросекрет, который транспортируется в заднюю долю гипофиза. Накапливаются гормоны в питуицитах, в этих клетках гормоны превращаются в активную форму. В нервных клетках паравентрикулярного ядра образуется окситоцин , в нейронах супраоптического ядра – вазопрессин .
Вазопрессин выполняет две функции:
1) усиливает сокращение гладких мышц сосудов (тонус артериол повышается с последующим повышением артериального давления);
2) угнетает образование мочи в почках (антидиуретическое действие). Антидиуретическое действие обеспечивается способностью вазопрессина усиливать обратное всасывание воды из канальцев почек в кровь. Уменьшение образования вазопрессина является причиной возникновения несахарного диабета (несахарного мочеизнурения).
Окситоцин (оцитоцин) избирательно действует на гладкую мускулатуру матки, усиливает ее сокращение. Сокращение матки резко увеличивается, если она находилась под воздействием эстрогенов. Во время беременности окситоцин не влияет на сократительную способность матки, так как гормон желтого тела прогестерон делает ее нечувствительной ко всем раздражителям. Окситоцин стимулирует выделение молока, усиливается именно выделительная функция, а не его секреция. Особые клетки молочной железы избирательно реагируют на окситоцин. Акт сосания рефлекторно способствует выделению окситоцина из нейрогипофиза.
Гипоталамическая регуляция образования гормонов гипофиза
Нейроны гипоталамуса вырабатывают нейросекрет. Продукты нейросекреции, которые способствуют образованию гормонов передней доли гипофиза, называются либеринами, а тормозящие их образование – статинами. Поступление этих веществ в переднюю долю гипофиза происходит по кровеносным сосудам.
Регуляция образования гормонов передней доли гипофиза осуществляется по принципу обратной связи. Между тропной функцией передней доли гипофиза и периферическими железами существуют двусторонние отношения: тропные гормоны активируют периферические эндокринные железы, последние в зависимости от их функционального состояния тоже влияют на продукцию тропных гормонов. Двусторонние взаимоотношения имеются между передней долей гипофиза и половыми железами, щитовидной железой и корой надпочечников. Эти взаимоотношения называют «плюс-минус» взаимодействия. Тропные гормоны стимулируют («плюс») функцию периферических желез, а гормоны периферических желез подавляют («минус») продукцию и выделение гормонов передней доли гипофиза. Существует обратная связь между гипоталамусом и тропными гормонами передней доли гипофиза. Повышение концентрации в крови гормона гипофиза приводит к торможению нейросекрета в гипоталамусе.
Симпатический отдел вегетативной нервной системы усиливает выработку тропных гормонов, парасимпатический отдел угнетает.
Формирование состава конечной мочи осуществляется в ходе трех процессов — , реабсорбции и секреции в канальцах, трубочках и протоках. Оно представлено следующей формулой:
Выделение = (Фильтрация — Реабсорбция) + Секреция.
Интенсивность выделения многих веществ из организма определяется в большей степени реабсорбцией, а некоторых веществ — секрецией.
Реабсорбция (обратное всасывание) - это возврат необходимых организму веществ из просвета канальцев, трубочек и протоков в интерстиций и кровь (рис. 1).
Реабсорбция характеризуется двумя особенностями.
Во-первых, канальцевая реабсорбция жидкости (воды), как и , является значительным в количественном отношении процессом. Это означает, что потенциальный эффект от малого изменения реабсорбции может оказаться очень существенным для объема выделяемой мочи. Например, снижение реабсорбция всего на 5% (со 178,5 до 169,5 л/сут) увеличит объем конечной мочи с 1,5 л до 10,5 л/сут (в 7 раз, или на 600%) при прежнем уровне фильтрации в клубочках.
Во-вторых, канальцевая реабсорбция отличается высокой селективностью (избирательностью). Некоторые вещества (аминокислоты, глюкоза) почти полностью (более чем на 99%) реабсорбируются, а вода и электролиты (натрий, калий, хлор, бикарбонаты) в очень значительных количествах подвергаются реабсорбции, но их реабсорбция может существенно изменяться в зависимости от потребностей организма, что сказывается на содержании этих веществ в конечной моче. Другие вещества (например, мочевина) реабсорбируются значительно хуже и выделяются в больших количествах с мочой. Многие вещества после фильтрации не подвергаются реабсорбции и полностью экскретируются при любой их концентрации в крови (например, креатинин, инулин). Благодаря избирательной реабсорбции веществ в почках осуществляется точный контроль состава жидких сред организма.
Рис. 1. Локализация транспортных процессов (секреции и реабсорбцин в нефроне)
Вещества в зависимости от механизмов и степени их реабсорбции делят на пороговые и беспороговые.
Пороговые вещества в нормальных условиях реабсорбируются из первичной мочи почти полностью при участии механизмов облегченного транспорта. Эти вещества появляются в значительных количествах в конечной моче, когда их концентрация в плазме крови (и тем самым в первичной моче) увеличится и превысит «порог выведения», или «почечный порог». Величина этого порога определяется возможностями белков-переносчиков в мембране эпителиальных клеток обеспечивать перенос профильтровавщихся веществ через стенку канальцев. При исчерпании (перенасыщении) возможностей транспорта, когда в переносе задействованы все белки-переносчики, часть вещества не может реабсорбироваться в кровь, и оно появляется в конечной моче. Так, например, порог выведения для глюкозы составляет 10 ммоль/л (1,8 г/л) и почти в 2 раза превышает ее нормальное содержание в крови (3,33-5,55 ммоль/л). Это означает, что если концентрация глюкозы в плазме крови превышает 10 ммоль/л, то наблюдается глюкозурия — выделение глюкозы с мочой (в количествах более 100 мг/суг). Интенсивность глюкозурии возрастает пропорционально увеличению содержания глюкозы в плазме крови, что является важным диагностическим признаком тяжести сахарного диабета. В норме уровень глюкозы в плазме крови (и первичной моче) даже после еды почти никогда не превышает величины (10 ммоль/л), необходимой для ее появления в конечной моче.
Беспороговые вещества не имеют порога выведения и удаляются из организма при любой их концентрации в плазме крови. Такими веществами обычно являются продукты метаболизма, подлежащие удалению из организма (креатинин), и другие органические вещества (например, инулин). Эти вещества используются для исследования функций почек.
Одни из удаляемых веществ могут частично реабсорбироваться (мочевина, мочевая кислота) и выводятся не полностью (табл. 1), другие практически не реабсорбируются (креатинин, сульфаты, инулин).
Таблица 1. Фильтрация, реабсорбции и выделение почками различных веществ
Реабсорбция — многоэтапный процесс , включающий переход воды и растворенных в ней веществ сначала из первичной мочи в межклеточную жидкость, а затем через стенки перитубулярных капилляров в кровь. Переносимые вещества могут проникать в межклеточную жидкость из первичной мочи двумя путями: трансцеллюлярно (через клетки канальцевого эпителия) либо парацеллюлярно (по межклеточным пространствам). Реабсорбция макромолекул при этом осуществляется за счет эндоцитоза, а минеральных и низкомолекулярных органических веществ — за счет активного и пассивного транспорта, воды — через аквапорины пассивно, путем осмоса. Из межклеточных пространств в перитубулярные капилляры растворенные вещества реабсорбируются под действием разницы сил между давлением крови в капиллярах (8-15 мм рт. ст.) и ее коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (28-32 мм рт. ст.).
Процесс реабсорбции ионов Na+ из просвета канальцев в кровь состоит как минимум из грех этапов. На 1-м этапе ионы Na+ поступают из первичной мочи в клетку эпителия канальца через апикальную мембрану пассивно путем облегченной диффузии с помощью белков-переносчиков по концентрационному и электрическому градиентам, создаваемым работой Na+/K+ насоса базолатеральной поверхности эпителиальной клетки. Поступление ионов Na+ в клетку часто сопряжено с совместным транспортом глюкозы (белок-переносчик (SGLUT-1) или аминокислот (в проксимальном канальце), ионов К+ и CI+ (в петле Генле) в клетку (котранспорт, симпорт) или с контртранспортом (антипортом) ионов Н+ , NH3+ из клетки в первичную мочу. На 2-м этапе транспорт ионов Na+ через базолагеральную мембрану в межклеточную жидкость осуществляется первично-активным транспортом против электрического и концентрационного градиентов с помощью Na+/К+ насоса (АТФазы). Реабсорбция ионов Na+ способствует обратному всасыванию воды (путем осмоса), вслед за которой пассивно всасываются ионы CI-, НС0 3 -, частично мочевина. На 3-м этапе реабсорбция ионов Na+, воды и других веществ из межклеточной жидкости в капилляры происходит под действием сил градиентов гидростатического и .
Глюкоза, аминокислоты, витамины реабсорбируются из первичной мочи путем вторично-активного транспорта (симпорта совместно с ионом Na+). Белок-переносчик апикальной мембраны эпителиальной клетки канальца связывает ион Na+ и молекулу органического вещества (глюкозу SGLUT-1 или аминокислоту) и перемещает их внутрь клетки, причем движущей силой является диффузия Na+ в клетку по электрохимическому градиенту. Из клетки через базолагеральную мембрану глюкоза (с участием белка-переносчика GLUT-2) и аминокислоты выходят пассивно путем облегченной диффузии по концентрационному градиенту.
Белки молекулярной массой менее 70 кД, фильтрующиеся из крови в первичную мочу, реабсорбируются в проксимальных канальцах путем пиноцитоза, частично расщепляются в эпителии лизосомными ферментами, и низкомолекулярные компоненты и аминокислоты возвращаются в кровь. Появление белка в моче обозначается термином «протеинурия» (чаще альбуминурия). Кратковременная протеинурия до 1 г/л может развиться у здоровых лиц после интенсивной продолжительной физической работы. Наличие постоянной и более высокой протеинурии — признак нарушения механизмов клубочковой фильтрации и (или) канальцевой реабсорбции в почках. Клубочковая (гломерулярная) протеинурия обычно развивается при повышении проницаемости клубочкового фильтра. В результате белок поступает в полость капсулы Шумлянского-Боумена и проксимальные канальцы в количествах, превышающих возможности его ребсорбции механизмами канальцев — развивается умеренная протеинурия. Канальцевая (тубулярная) протеинурия связана с нарушением реабсорбции белка вследствие повреждения эпителия канальцев или нарушения лимфооттока. При одновременном повреждении клубочковых и канальцевых механизмов развивается высокая протеинурия.
Реабсорбция веществ в почках тесно связана с процессом секреции. Термин «секреция» для описания работы почек используется в двух значениях. Во-первых, секреция в почках рассматривается как процесс (механизм) транспорта веществ, подлежащих удалению в просвет канальцев не через клубочки, а из интерстиция почки или непосредственно из клеток почечного эпителия. При этом выполняется экскреторная функция почки. Секреция веществ в мочу осуществляется активно и (или) пассивно и часто сопряжена с процессами образования этих веществ в эпителиоцитах канальцев почек. Секреция дает возможность быстро удалить из организма ионы К+, Н+, NН3+, а также некоторые другие органические и лекарственные вещества. Во-вторых, термин «секреция» используется для описания синтеза в почках и высвобождения ими в кровь гормонов эритропоэтина и кальцитриола, фермента ренина и других веществ. В почках активно идут процессы глюконеогенеза, и образующаяся при этом глюкоза также транспортируется (секретируется) в кровь.
Реабсорбция и секреция веществ в различных отделах нефрона
Осмотическое разведение и концентрирование мочи
Проксимальные канальцы обеспечивают реабсорбцию большей части воды из первичной мочи (примерно 2/3 объема клубочкового фильтрата), значительное количество ионов Na + , К+, Са 2+ , СI-, НСО 3 -. Практически все органические вещества (аминокислоты, белки, глюкоза, витамины), микроэлементы и другие необходимые организму вещества реабсорбируются в проксимальных канальцах (рис. 6.2). В других отделах нефрона осуществляется только реабсорбция воды, ионов и мочевины. Столь высокая реабсорбционная способность проксимального канальца обусловлена рядом структурных и функциональных особенностей его эпителиальных клеток. Они оснащены хорошо развитой щеточной каемкой на апикальной мембране, а также широким лабиринтом межклеточных пространств и каналов на базальной стороне клеток, что существенно увеличивает площадь всасывания (в 60 раз) и ускоряет транспорт веществ через них. В эпителиоцитах проксимальных канальцев очень много митохондрий, и интенсивность метаболизма в них в 2 раза превосходит таковую в нейронах. Это обеспечивает возможность получения достаточного количества АТФ для осуществления активного транспорта веществ. Важная особенность реабсорбции в проксимальной части канальцев заключается в том, что вода и растворенные в ней вещества реабсорбируются здесь в эквивалентных количествах, что обеспечивает изоосмолярность мочи проксимальных канальцев и ее изоосмотичность с плазмой крови (280-300 мосмоль/л).
В проксимальных канальцах нефрона происходит первично-активная и вторично-активная секреция веществ в просвет канальцев с помощью различных белков-переносчиков. Секреция выводимых веществ осуществляется как из крови перитубулярных капилляров, так и химических соединений, образующихся непосредственно в клетках канальцевого эпителия. Из плазмы крови в мочу секретируются многие органические кислоты и основания (например, парааминогиппуровая кислота (ПАГ), холин, тиамин, серотонин, гуанидин и др.), ионы (Н+, NH3+, К+), лекарственные вещества (пенициллин и др.). Для ряда ксенобиотиков органического происхождения, поступивших в организм (антибиотики, красители, рентгено- контрастные вещества), скорость их выделения из крови путем канальцевой секреции значительно превышает их выведение путем клубочковой фильтрации. Секреция ПАГ в проксимальных канальцах идет столь интенсивно, что кровь очищается от нее уже за одно прохождение через перитубулярные капилляры коркового вещества (следовательно, определяя клиренс ПАГ, можно рассчитать объем эффективного, участвующего в моче- образовании почечного плазмотока). В клетках канальцевого эпителия при дезаминировании аминокислоты глутамина образуется аммиак (NH 3), который секретируется в просвет канальца и поступает в мочу. В ней аммиак связывается с ионами Н+ с образованием иона аммония NH 4 + (NH 3 + Н+ -> NH4+). Секретируя NH 3 , и ионы Н + , почки принимают участие в регуляции кислотно-основного состояния крови (организма).
В петле Генле реабсорбция воды и ионов пространственно разделены, что обусловлено особенностями строения и функций ее эпителия, а также гиперосмотичностью мозгового вещества почек. Нисходящая часть петли Генле высокопроницаема для воды и только умеренно проницаема для растворенных в ней веществ (включая натрий, мочевину и др.). В нисходящей части петли Генле происходит реабсорбция 20% воды (под действием высокого осмотического давления в окружающей каналец среде), а осмотически активные вещества остаются в канальцевой моче. Это обусловлено высоким содержанием хлорида натрия и мочевины в гиперосмотичной межклеточной жидкости мозгового слоя почки. Осмотичность мочи по мере ее продвижения к вершине петли Генле (вглубь мозгового слоя почки) возрастает (за счет реабсорбции воды и поступления хлорида натрия и мочевины по концентрационному градиенту), а объем — уменьшается (за счет реабсорбции воды). Данный процесс называется осмотическим концентрированием мочи. Максимальная осмотичность канальцевой мочи (1200-1500 мосмоль/л) достигается на вершине петли Генле юкстамедуллярных нефронов.
Далее моча поступает в восходящее колено петли Генле, эпителий которого не проницаем для воды, но проницаем для ионов, растворенных в ней. Этот отдел обеспечивает реабсорбцию 25% ионов (Na + , K+, СI-) от их общего количества, поступившего в первичную мочу. Эпителий толстой восходящей части петли Генле имеет мощную ферментную систему активного транспорта ионов Na+ и К+ в виде Na+/К+ насосов, встроенных в базальные мембраны эпителиальных клеток.
В апикальных мембранах эпителия имеется котранспортный белок, одновременно переносящий из мочи в цитоплазму один ион Na+ два иона СI- и один ион К+. Источником движущей силы для этого котранспортера является энергия, с которой ионы Na+ по градиенту концентрации устремляются в клетку, ее достаточно и для перемещения ионов К против градиента концентрации. Ионы Na+ могут поступать в клетку и в обмен на ионы Н с помощью Na+/Н+ котранспортера. Выход (секреция) К+ и Н+ в просвет канальца создает в нем избыточный положительный заряд (до +8 мВ), который способствует диффузии катионов (Na+, К+, Са 2+ , Mg 2+) парацеллюлярно, через межклеточные контакты.
Вторично-активный и первично-активный транспорт ионов из восходящего колена петли Генле в окружающее каналец пространство является важнейшим механизмом создания высокого осмотического давления в интерстиции мозгового слоя почки. В восходящем отделе петли Генле вода не реабсорбируется, а концентрация осмотически активных веществ (прежде всего ионов Na+ и СI+) в канальцевой жидкости снижается вследствие их реабсорбции. Поэтому на выходе из петли Генле в канальцах всегда находится гипотоничная моча с концентрацией осмотически активных веществ ниже 200 мосмоль/л. Такое явление называют осмотическим разведением мочи , а восходящую часть петли Генле — разводящим сегментом нефрона.
Создание гиперосмотичности в мозговом веществе почки рассматривается как главная функция петли нефрона. Выделяют несколько механизмов ее создания:
- активная работа поворотно-противоточной системы канальцев (восходящего и нисходящего) петли нефрона и мозговых собирательных протоков. Движение жидкости в петле нефрона в противоположных направлениях навстречу друг другу вызывает суммацию небольших поперечных градиентов и формирует большой продольный корково-мозговой градиент осмоляльности (от 300 мосмоль/л в корковом веществе до 1500 мосмоль/л возле вершины пирамид в мозговом веществе). Механизм работы петли Генле получил название поворотно-противоточной множительной системы нефрона. Петля Генле юкстамедуллярных нефронов, пронизывающая насквозь все мозговое вещество почки, играет основную роль в этом механизме;
- циркуляция двух главных осмотически активных соединений — натрия хлорида и мочевины. Эти вещества вносят основной вклад в создание гиперосмотичности интерстиция мозгового вещества почек. Их циркуляция зависит от избирательной проницаемости мембраны восходящего колена петли нсфрона для электролитов (но не для воды), а также регулируемой АДГ проницаемости стенок мозговых собирательных протоков для воды и мочевины. Натрия хлорид циркулирует в петле нефрона (в восходящем колене ионы активно реабсорбируются в интерстиций мозгового вещества, а из него согласно законам диффузии поступают в нисходящее колено и снова поднимаются в восходящее колено и т.д.). Мочевина циркулирует в системе собирательный проток мозгового вещества — интерстиций мозгового вещества -тонкая часть петли Генле — собирательный проток мозгового вещества;
- пассивная поворотно-противоточная система прямых кровеносных сосудов мозгового вещества почек берег начало от выносящих сосудов юкстамедуллярных нефронов и идет параллельно петле Генле. Кровь движется по нисходящему прямому колену капилляра в область с возрастающей осмолярностью, а затем после поворота на 180° — в обратном направлении. При этом ионы и мочевина, а также вода (в противоположном ионам и мочевине направлении) совершают челночные перемещения между нисходящими и восходящими частями прямых капилляров, что обеспечивает поддержание высокой осмоляльности мозгового вещества почки. Этому способствует также низкая объемная скорость кровотока через прямые капилляры.
Из петли Генле моча попадает в дистальный извитой каналец, далее — в соединительный каналец, затем — в собирательную трубочку и собирательный проток коркового вещества почек. Все указанные структуры расположены в корковом веществе почки.
В дистальных и соединительных канальцах нефрона и собирательных трубочках реабсорбция ионов Na+ и воды зависит от состояния водно-электролитного баланса организма и находится под контролем антидиуретического гормона, альдостерона, натрийуретического пептида.
Первая половина дистального канальца является продолжением толстого сегмента восходящей части петли Генле и сохраняет ее свойства — проницаемость для воды и мочевины практически равна нулю, но здесь активно реабсорбируются ионы Na+ и СI- (5% от объема их фильтрации в клубочках) путем симпорта с помощью Na+/CI- котранспортера. Моча в ней становится еще более разбавленной (гипоосмотичной).
По этой причине первую половину дистального канальца, как и восходящую часть петли нефрона, относят к разводящему мочу сегменту.
Вторая половина дистального канальца, соединительный каналец, собирательные трубочки и протоки коркового вещества имеют схожее строение и схожие функциональные характеристики. Среди клеток их стенок выделяют два основных типа — главные и вставочные клетки. Главные клетки реабсорбируют ионы Na+ и воду и секретируют в просвет канальца ионы К+. Проницаемость главных клеток для воды (почти полностью) регулируется АДГ. Этот механизм предоставляет организму возможность управлять объемом выделенной мочи и ее осмолярностыо. Здесь начинается концентрирование вторичной мочи — от гипотоничной до изотоничной (). Вставочные клетки реабсорбируют ионы К+, карбонаты и секретируют в просвет ионы Н+. Секреция протонов идет первично-активно за счет работы Н+ транспортирующих АТФаз против значительного градиента концентрации, превышающего 1000:1. Вставочные клетки играют ключевую роль в регуляции кислотно-основного равновесия в организме. Оба типа клеток практически непроницаемы для мочевины. Поэтому мочевина остается в моче в той же концентрации от начала толстой части восходящего колена петли Генле до собирательных протоков мозгового вещества почки.
Собирательные протоки мозгового вещества почки представляют собой отдел, в котором состав мочи формируется окончательно. Клетки этого отдела играют чрезвычайно важную роль в определении содержания воды и растворенных веществ в выделяемой (конечной) моче. Здесь реабсорбируется до 8% всей профильтровавшейся воды и только 1% ионов Na+ и СI-, и реабсорбция воды играет главную роль в концентрировании конечной мочи. В отличие от вышележащих отделов нефрона стенки собирательных протоков, располагающиеся в мозговом веществе почки, проницаемы для мочевины. Реабсорбция мочевины способствует поддержанию высокой осмолярности интерстиция глубоких слоев мозгового вещества почки и формированию концентрированной мочи. Проницаемость собирательных протоков для мочевины и воды регулируется АДГ, для ионов Na+ и СI- альдостероном. Клетки собирательных протоков способны реабсорбировать бикарбонаты и секретировать протоны, преодолевая высокий градиент концентрации.
Методы исследования экскреторной функции ночек
Определение почечного клиренса для разных веществ позволяет исследовать интенсивность протекания всех трех процессов (фильтрации, реабсорбции и секреции), определяющих выделительную функцию почек. Почечный клиренс вещества — это объем плазмы крови (мл), который с помощью почек освобождается от вещества за единицу времени (мин). Клиренс описывается формулой
К в * ПК в = М в * О м,
где К в — клиренс вещества; ПК В — концентрация вещества в плазме крови; М в — концентрация вещества в моче; О м — объем выделенной мочи.
Если вещество свободно фильтруется, но не реабсорбируется и не секретируется, тогда интенсивность его выделения с мочой (М в. О м) будет равна скорости фильтрации вещества в клубочках (СКФ. ПК в). Отсюда можно вычислить путем определения клиренса вещества:
СКФ = М в. О м /ПК в
Таким веществом, удовлетворяющим перечисленным выше критериям, является инулин, клиренс которого составляет в среднем у мужчин 125 мл/мин, у женщин 110 мл/мин. Значит, количество плазмы крови, проходящей через сосуды почек и профильтрованной в клубочках для доставки такого количества инулина в конечную мочу, должно составить 125 мл у мужчин и 110 мл у женщин. Таким образом, объем образования первичной мочи составляет у мужчин 180 л/сут (125 мл/мин. 60 мин. 24 ч), у женщин 150 л/сут (110 мл/мин. 60 мин. 24 ч).
Учитывая, что полисахарид инулин отсутствует в организме человека и его требуется вводить внутривенно, в клинике для определения СКФ чаще используется другое вещество — креатинин.
Определив клиренс других веществ и сравнив его с клиренсом инулина, можно оценить процессы реабсорбции и секреции этих веществ в почечных канальцах. Если клиренсы вещества и инулина совпадают, то данное вещество выделяется только с помощью фильтрации; если клиренс вещества больше, чем у инулина, то вещество дополнительно секретируется в просвет канальцев; если клиренс вещества меньше, чем у инулина, то оно, по-видимому, частично реабсорбируется. Зная интенсивность выделения вещества с мочой (М в. О м), можно рассчитать интенсивность процессов реабсорбции (реабсорбция = Фильтрация — Выделение = СКФ. ПК в — М в. О м) и секреции (Секреция = Выделение — Фильтрация = М в. О м — СКФ. ПК).
С помощью клиренса некоторых веществ можно оценивать величину почечного плазмотока и кровотока. Для этого используют вещества, которые высвобождаются в мочу путем фильтрации и секреции и при этом не реабсорбируются. Клиренс таких веществ теоретически будет равен общему плазма- току в почке. Подобных веществ практически нет, тем не менее от некоторых веществ кровь очищается при одном прохождении через ночки почти на 90%. Одним из таких естественных веществ является парааминогиппуровая кислота, клиренс которой составляет 585 мл/мин, что позволяет оценить величину почечного плазмотока в 650 мл/мин (585: 0,9) с учетом коэффициента ее извлечения из крови 90%. При гематокрите, равном 45%, и почечном плазмотоке 650 мл/мин, кровоток в обеих почках составит 1182 мл/мин, т.е. 650 / (1-0,45).
Регуляция канальцевой реабсорбции и секреции
Регуляция канальцевой реабсорбции и секреции осуществляется, главным образом, в дистальных отделах нефрона с помощью гуморальных механизмов, т.е. находится под контролем различных гормонов.
Проксимальная реабсорбция в отличие процессов переноса веществ в дистальных канальцах и собирательных трубочках не подвергается такому тщательному контролю со стороны организма, поэтому ее часто называют облигатной реабсорбцией. В настоящее время установлено, что интенсивность облигатной реабсорбции может изменяться под влиянием некоторых нервных и гуморальных воздействий. Так, возбуждение симпатической нервной системы ведет к увеличению реабсорбции ионов Na + , фосфатов, глюкозы, воды клетками эпителия проксимальных канальцев нефрона. Ангиотензин-Н также способен вызывать увеличение скорости проксимальной реабсорбции ионов Na + .
Интенсивность проксимальной реабсорбции зависит от величины клубочковой фильтрации и возрастает с увеличением скорости клубочковой фильтрации, что носит название клубочково-канальцевое равновесие. Механизмы сохранения этого равновесия до конца не изучены, однако известно, что они относятся к внутрипочечным регуляторным механизмам и их осуществление не требует дополнительных нервных и гуморальных влияний со стороны организма.
В дистальных канальцах и собирательных трубочках почки осуществляется, главным образом, реабсорбция воды и ионов, выраженность которой зависит от водно-электролитного баланса организма. Дистальная реабсорбция воды и ионов называется факультативной и контролируется антидиуретическим гормоном, альдостероном, Предсердным натрийуретическим гормоном.
Образование антидиуретического гормона (вазопрессина) в гипоталамусе и выброс его в кровь из гипофиза увеличивается при уменьшении содержания воды в организме (дегидратации), снижении артериального давления крови (гипотензии), а также при повышении осмотического давления крови (гиперосмии). Этот гормон действует на эпителий дистальных канальцев и собирательных трубочек почки и вызывает повышение его проницаемости для воды вследствие формирования в цитоплазме эпителиальных клеток особых белков (аквапоринов), которые встраиваются в мембраны и формируют каналы для тока воды. Под влиянием антидиуретичсского гормона происходит увеличение реабсорбции воды, снижение диуреза и повышение концентрации образующейся мочи. Таким образом, антидиуретический гормон способствует сохранению воды в организме.
При снижении выработки антидиуретического гормона (травма, опухоль гипоталамуса) образуется большое количество гипотоничной мочи (несахарный диабет); потеря жидкости с мочой может привести к обезвоживанию организма.
Альдостерон вырабатывается в клубочковой зоне коры надпочечников, действует на эпителиальные клетки дистальных отделов нефрона и собирательных трубочек, вызывает увеличение реабсорбции ионов Na+, воды и повышение секреции ионов К+ (или ионов Н+ при их избыточном содержании в организме). Альдостерон является частью ренин-ангиотензии-альдостероновой системы (функции которой рассмотрены ранее).
Предсердный натрийуретический гормон образуется миоцитами предсердий при их растяжении избыточным объемом крови, то есть при гиперволемии. Под влиянием этого гормона происходит увеличение клубочковой фильтрации и уменьшение реабсорбции ионов Na + и воды в дистальных отделах нефрона, вследствие чего происходит усиление процесса мочеобразования и выведение из организма избытка воды. Кроме того, этот гормон снижает продукцию ренина и альдостерона, что дополнительно тормозит дистальную реабсорбцию ионов Na + и воды.
Если вырезанную почку пересадить на шею животному, соединив почечную артерию с сонной артерией, а почечную вену- с яремной веной, то такая почка, лишенная нервных связей с организмом, может работать в течение многих недель и даже месяцев, выделяя более или менее нормальную мочу. При нагрузке организма водой или поваренной солью количество воды или соли, выделяемой переса почкой, увеличивается. Следовательно, даже при полной денервации возможна почти нормальная функция почек . Более того, несмотря на денервацию, деятельность пересаженной почки изменяется под влиянием раздражений, действующих на нервную систему. Так, при болевых раздражениях денервированная перестает выделять мочу так же, как и нормально иннервированная почка.
|
Это происходит в следствие того, что при болевых раздражениях происходит возбуждение гипотамуса. Импульсы от его супраоптического ядра поступают к задней доле гипофиза и увеличивают секрецию антидиуретического гормона (рис. 104 ). Последний, поступая в кровь, усиливает обратное всасывание мочи и тем самым уменьшает диурез (отсюда и проистекает название гормона). Рис. 104. Схема, иллюстрирующая влияние гипоталамуса на диурез. Механизм действия антидиуретического гормона выяснен исследованиями А.Г.Гинецинского. Этот гормон повышает проницаемость стенок собирательных трубок почки, вследствие чего переходит из мочи в тканевую жидкость мозгового слоя почки и кровь. Увеличение проницаемости собирательных трубок происходит под влиянием фермента гиалуронидазы. Последняя деполимеризует гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества стенок собнрат ных трубок. При деполимеризации гиалуроновой кислоты стенки собирательных трубок становятся пористыми и пропускают воду. Гиалуронидаза активируется или образуется эпителием собирательных трубок под влиянием антидиуретического гормона, что и ведет к усилению всасывания воды. Введение препаратов гиалуронидазы в артерию одной из почек собаки резко снижало диурез этой почки, в то время как противоположная почка выделяла обычные количества мочи. Ингибиторы гиалуронидазы (гепарин, аскорбиновая кислота) по своему действию являются антагонистами антидиуретического гормона, резко увеличивая выделение воды с мочой. |
Недостаточность функции задней доли гипофиза, выделяющей антидиуретический гормон, выключает действие описанного выше регулирующего механизма. Стенка дистальных отделов нефрона становится полностью непроницаемой для воды, и почка выводит большое количество ее с мочой. За сутки в этих случаях может выделиться до 20-25 л мочи (несахарное мочеизнурение). Секреция антидиуретического гормона гипофиза регулируется ядрами гипоталамуса.
На диурез оказывает влияние также гормон мозгового вещества надпочечников - адреналин. При введении в сосуды почки малых доз адреналина объем почки увеличивается. Это объясняется тем, что адреналин суживает отводящие артериальные сосуды (vas efferens) и приводит тем самым к увеличению фильтрационного давления в клубочках.
В больших дозах адреналин суживает также приводящие сосуды, что уменьшает приток крови к клубочкам и ведет к прекращению диуреза.
Некоторые из гормонов коркового слоя надпочечников, так называемые минералокортикоиды - альдостерон, дезоксикортикостерон, воздействую на эпителий канальцев, повышают всасывание в кровь натрия. Заболевание или удаление надпочечников выключает этот механизм и ведет к резкой потере натрия с мочой и к тяжелым нарушениям состояния организма.
На деятельность почек оказывают влияние также гормоны щитовидной и паращитовидных желез.
Гормон щитовидной железы уменьшает связывание воды и солеи тканями, вызывая их переход в кровь, и таким путем увеличивает диурез. Помимо того, он усиливает все виды обмена, в частности белковый обмен, вследствие чего увеличивается образование конечных продуктов этого обмена, что также ведет к усилению диуреза. Гормон паращитовидных желез способствует переходу кальция и фосфора из костей в кровяное русло и резкому повышению содержания этих веществ в крови, вследствие усиливается выделение их с мочой.
