Почечные механизмы регуляции кислотно-основное состояние организма
Почки регулируют концентрацию бикарбоната в крови, изменяя выведение кислот с мочой двумя механизмами. Во-первых, фильтруемый в клубочках бикарбонат регенерируется в канальцах и, во-вторых, канальцы секретируют ионы водорода в мочу. Выведение этих ионов сопровождается освобождением бикарбоната, который нейтрализует эндогенно продуцируемые кислоты. Почечная экскреция кислот зависит от процессов, происходящих по всей длине нефрона ( рис. 110.5 ).
Первый необходимый этап почечной регуляции кислотно-основного равновесия - реабсорбция фильтруемого бикарбоната. У здорового взрослого человека СКФ составляет примерно 180 л/сут. Концентрация бикарбоната в профильтрованной жидкости клубочка не отличается от его концентрации в плазме (24 мэкв/л). Умножив 24 мэкв/л на 180 л, получим, что за каждые сутки в клубочке фильтруется более 4000 мэкв бикарбоната, и если бы он не реабсорбировался, то столь массивные его потери с мочой неминуемо приводили бы к тяжелому метаболическому ацидозу .
Около 85% профильтрованного бикарбоната реабсорбируется в проксимальном канальце, а остальные 15% - ниже, преимущественно в толстой части восходящего отдела петли Генле. Механизм реабсорбции бикарбоната в проксимальном канальце показан на рис. 110.6 . На самом деле, транспорта молекул бикарбоната из канальцевой жидкости в клетки не происходит. Вместо этого в канальцевую жидкость секретируются ионы водорода, превращающие профильтрованный бикарбонат в углекислоту и воду. Секреция ионов водорода клетками проксимального канальца сопряжена с образованием в этих клетках бикарбоната, который транспортируется через клеточные базолатеральные мембраны и поступает в капилляры. Этот бикарбонат и восполняет тот, который фильтруется в клубочках.
При многих клинических состояниях секреция ионов водорода в проксимальных канальцах возрастает, что приводит к усиленной регенераций бикарбоната. Уменьшение объема увеличивает реабсорбцию бикарбоната. Отчасти это связано с активацией ренин-ангиотензиновой системы . Ангиотензин II повышает реабсорбцию бикарбоната, а усиленная реабсорбция последнего в проксимальных канальцах является одним из механизмов метаболического алкалоза при гиповолемии . Реабсорбция бикарбоната возрастает также при гипокалиемии и увеличении Рсо2 . Этим объясняется метаболический алкалоз при гипокалиемии и компенсаторное повышение концентрации бикарбоната в сыворотке крови при дыхательном ацидозе .
При снижении Рсо2 ( дыхательный алкалоз ) реабсорбция бикарбоната в проксимальных канальцах уменьшается, приводя к снижению его концентрации в крови, что несколько компенсирует дыхательный алкалоз. ПТГ снижает реабсорбцию бикарбоната в проксимальных канальцах, и гиперпаратиреоз может сопровождаться легким метаболическим ацидозом . Нарушение реабсорбции бикарбоната в проксимальных канальцах лежит в основе метаболического ацидоза, вызываемого различными лекарственными средствами. Ацетазоламид , например, прямо ингибирует карбоангидразу . Почечный канальцевый ацидоз развивается и при многих заболеваниях.
Второй этап регуляции кислотно-основного состояния в почках заключается в экскреции эндогенно образующейся кислоты. Это происходит главным образом в собирательных трубочках и в небольшой степени в дистальных канальцах.
Достаточная экскреция водородных ионов невозможна без присутствия в моче буферных систем . Водородные насосы в собирательных трубочках могут снижать рН мочи лишь до 4,5. При таком рН концентрация водородшых ионов в моче не достигает и 0,04 мэкв/л, и при таком рН для выведения 1 мэкв этих ионов потребовалась бы экскреция более 25 л мочи. Суточный диурез у ребенка с массой тела 10 кг, в организме которого каждые 24 ч образуется 20 мэкв водородных ионов, в отсутствие буферных систем в моче должен был бы составлять 500 л. Как и в крови, буферные системы ограничивают снижение рН в моче, обусловленное секрецией водородных ионов. Основные буферные системы мочи - фосфат и аммиак .
Содержание фосфата в моче зависит от его поступления в организм. Хотя большинство фильтруемого фосфата реабсорбируется в проксимальных канальцах, его концентрация в моче обычно намного выше, чем в крови. Это и делает фосфат мочи эффективным буфером, благодаря следующей реакции:
Н+ + НРО4-- -> Н2Р04-.
Величина рК этой реакции составляет 6,8, и при снижении рН содержимого собирательной трубочки с 7,0 до 5,0 эффективность фосфата в качестве буфера довольно высока. Однако невысокая концентрация фосфата в моче ограничивает его буферную емкость. Механизма, который увеличивал бы экскрецию фосфата при изменении кислотно-основного состояния, не существует.
Продукция же аммиака, наоборот, может изменяться в соответствии с необходимостью экскреции кислот. Буферная емкость аммиака определяется его взаимодействием с ионами водорода, приводящим к образованию ионов аммония:
NH3 + Н+ -> NH4+.
Аммиак секретируется клетками проксимальных канальцев, в которых он образуется в основном при метаболизме глутамина :
Глутамин -> NH+ + глутамат-,
Глутамат -> NН+ + альфа-кетоглутарат--.
В ходе этих реакций образуется два иона аммония. Кроме того, при метаболизме альфа-кетоглутарата образуется две молекулы бикарбоната. Ионы аммония секретируются в просвет проксимального канальца, а бикарбонат выходит из клеток в кровь благодаря работе Na+/3HCО3- котранспортеров базолатеральных мембран ( рис. 110.6 ). Таким способом могла бы достигаться экскреция водородных ионов в виде NH4+ и регенерация молекул бикарбоната. Однако ионы аммония не остаются в просвете канальца, а реабсорбируются в толстой части восходящего отдела петли Генле. В результате возрастает концентрация аммиака в интерстициальной жидкости мозгового вещества почек, а жидкость, поступающая в собирательные трубочки, содержит мало ионов аммония. Кроме того, водород в составе ионов аммония проникает в кровь, нивелируя эффект бикарбоната, образующегося в клетках проксимальных канальцев. Экскреция ионов аммония и, следовательно, водородных ионов зависит от состояния клеток собирательных трубочек.
В них происходит секреция ионов водорода и регенерация бикарбоната, который возвращается в кровь ( рис. 110.7 ). Этот бикарбонат нейтрализует эндогенно образующиеся кислоты. Фосфатный и аммиачный буферы связывают ионы водорода, секретируемые клетками собирательных трубочек. Эффективность аммиака в качестве буфера определяется его высокой концентрацией в интерстициальной жидкости мозгового вещества почек, а также тем, что клетки собирательных трубочек проницаемы для аммиака, но не для аммония. Из-за низкого рН мочи почти весь аммиак, диффундирующий в просвет собирательной трубочки, превращается в аммоний, что поддерживает его низкую концентрацию в просвете канальцев. Поскольку рН здесь ниже, чем в интерстициальной жидкости мозгового вещества почек, концентрация аммиака в ней выше, чем в просвете канальцев. С другой стороны, концентрация ионов аммония в просвете канальцев выше, чем в интерстициальной жидкости, но клетки собирательных трубочек непроницаемы для него, и поэтому он остается в просвете канальцев, где играет роль эффективного буфера.
Экскреция водородных ионов почками соответствует физиологическим потребностям. Образование кислот в организме зависит, главным образом, от диеты и потери бикарбоната при поносе, требующей усиления секреции ионов водорода клетками собирательных трубочек. Снижение рН мочи при этом происходит уже через несколько часов, но оно ограничено буферной емкостью мочи, так как водородные насосы собирательных трубочек, как уже отмечалось, не могут обеспечить рН мочи ниже 4,5. Большее возрастание экскреции водородных ионов требует усиленной продукции аммиака проксимальными канальцами. Эта реакция на низкий рН сыворотки крови достигает своего максимума через 5-6 сут; экскреция аммиака может возрастать примерно в 10 раз.
Многие клинические состояния сопровождаются усиленной экскрецией кислоты через собирательные трубочки. Наиболее важный регулятор этого процесса - рН внеклеточной жидкости. Его снижение при дыхательном ацидозе или метаболическом ацидозе увеличивает экскрецию кислоты почками. Альдостерон стимулирует экскрецию ионов водорода собирательными трубочками и тем самым увеличивает концентрацию бикарбоната в сыворотке крови. Это объясняет развитие метаболического алкалоза при первичном или вторичном (вследствие гиповолемии ) гиперальдостеронизме . Гипокальциемия усиливает экскрецию кислоты за счет стимуляции продукции аммиака в проксимальных канальцах и секреции водородных ионов в собирателышгх трубочках. Поэтому гипокалиемия обычно сопровождается метаболическим алкалозом . Гиперкалиемия приводит к противоположным сдвигам кислотно-основного равновесия, что может стать причиной метаболического ацидоза .
На повышение рН сыворотки крови почки реагируют двояко. Во-первых, в проксимальных канальцах реабсорбируется меньше бикарбоната и большее его количество теряется с мочой. Во-вторых, процесс секреции водородных ионов клетками собирательных трубочек ( рис. 110.7 ) может меняться на обратный, т.е. бикарбонат будет секретироваться в просвет канальца, а ионы водорода - в околоканальцевую жидкость и оттуда в кровь.
Смотрите также:
