Почки — это настоящая биохимическая лаборатория, в которой проходит множество различных процессов. В результате происходящих в почках химических реакций они обеспечивают освобождение организма от продуктов жизнедеятельности, а также участвуют в образовании необходимых нам веществ.

Биохимические процессы в почках

Эти процессы можно поделить на три группы:

1. Процессы образования мочи,

2. Выделение некоторых веществ,

3. Регулирование продукции веществ нужных для поддержания водно-солевого и кислотно-щелочного баланса.

В связи с этими процессами почки выполняют следующие функции:

• Экскреторная функция (выведение веществ из организма),
• Гомеостатическая функция (поддержание баланса организма),
• Метаболическая функция (участие в обменных процессах и синтез веществ).

Все эти функции тесно взаимосвязаны, и сбой в одной из них может привести к нарушению остальных.

Экскреторная функция почек

Эта функция связана с образованием мочи и выведением ее из организма. Когда кровь проходит через почки, из компонентов плазмы образуется моча. При этом, почки могут регулировать ее состав в зависимости от конкретного состояния организма и его потребностей.

С мочой почки выводят из организма:

• Продукты азотистого обмена: мочевую кислоту, мочевину, креатинин,
• Избыток веществ, например, воду, органические кислоты, гормоны,
• Чужеродные вещества, например, лекарства, никотин.

Основные биохимические процессы, обеспечивающие выполнение почками их экскреторной функции, — это процессы ультрафильтрации. Кровь через почечные сосуды попадает в полость почечных клубочков, где проходит через 3 слоя фильтров. В результате образуется первичная моча. Ее количество довольно велико, и в ней еще содержаться нужные организму вещества. Далее она поступает на дополнительную переработку в проксимальных канальцах, где подвергается реабсорбции.

Реабсорбция — это продвижение веществ из канальца в кровь, то есть их возвращение обратно из первичной мочи. В среднем у человека в почках за сутки образуется до 180 литров первичной мочи, а выводится всего 1-1,5 литра вторичной мочи. Именно в этом количестве выводимой мочи и содержится всё, что необходимо удалить из организма. Реабсорбции подвергаются такие вещества как белки, аминокислоты, витамины, глюкоза, некоторые микроэлементы, электролиты. В первую очередь обратному всасыванию подвергается вода, а вместе с ней возвращаются и растворенные вещества. Благодаря сложной системе фильтрации в здоровом организме в мочу не попадают белки, глюкоза, то есть их обнаружение в лабораторных анализах говорит о неблагополучии и необходимости выяснения причины и лечения.

Гомеостатическая функция почек

Благодаря этой функции почки поддерживают в организме водно-солевой и кислотно-щелочной баланс.

Основа регулирования водно-солевого баланса — это количество поступающей жидкости и солей, количество выводимой мочи (то есть жидкости с растворенными в ней солями). При избытке натрия и калия повышается осмотическое давление, из-за этого раздражаются осмотические рецепторы, и у человека возникает жажда. Объем выводимой жидкости при этом сокращается, а концентрация мочи увеличивается. При избытке жидкости увеличивается объем крови, и концентрация солей уменьшается, осмотическое давление падает. Это сигнал для почек работать активнее, чтобы вывести излишки воды и восстановить баланс.
Процесс поддержания нормального кислотно-щелочного баланса (pH) осуществляют буферные системы крови и почки. Изменение этого баланса в ту или другую сторону приводит к изменению работы почек. Процесс регулировки этого показателя состоит из двух частей.

Во-первых, это изменение состава мочи. Так, при увеличении кислотной составляющей крови увеличивается и кислотность мочи. Повышение содержания щелочных веществ ведет к образованию мочи щелочного характера.

Во-вторых, при изменении кислотно-щелочного баланса почки выделяют вещества, которые нейтрализуют излишки веществ, приводящие к дисбалансу. Например, при повышении кислотности увеличивается секреция Н+, ферментов глутаминазы и глутаматдегидрогеназы, пируваткарбоксилазы.

Почки регулируют фосфорно-кальциевый обмен, поэтому при нарушении их функций может страдать опорно-двигательный аппарат. Данный обмен регулируется через образование активной формы витамина D3, который сначала образуется в коже, а потом гидроксилируется в печени, потом, окончательно, в почках.

Почки вырабатывают гормон гликопротеин, называемый эритропоэтином. Он оказывает действие на стволовые клетки костного мозга и стимулирует образование из них эритроцитов. Скорость этого процесса зависит от количества кислорода, поступающего в почки. Чем его меньше, тем активнее образуется эритропоэтин, чтобы благодаря большему количеству эритроцитов обеспечить организм кислородом.

Еще одна важная составляющая метаболической функции почек — ренин-ангиотензин-альдостероновая система. Фермент ренин регулирует сосудистый тонус и превращает ангиотензиноген путем многоступенчатых реакций в ангиотензин II. Ангиотензин II оказывает сосудосуживающее действие и стимулирует выработку корой надпочечников альдостерона. Альдостерон, в свою очередь, усиливает реабсорбцию натрия и воды, что увеличивает объем крови и кровяное давление.

Таким образом, от количества ангиотензина II и альдостерона зависит кровяное давление. Но процесс этот работает как бы по кругу. От кровоснабжения почек зависит выработка ренина. Чем ниже давление, тем меньше поступает крови в почки и больше вырабатывается ренина, а значит и ангиотензина II и альдостерона. В этом случае давление повышается. При повышенном давлении ренина образуется меньше, соответственно давление снижается.

Поскольку почки участвуют во многих процессах в нашем организме, проблемы, возникающие в их работе, неизбежно сказываются на состоянии и работе различных систем, органов и тканей.

Почки относятся к наиболее хорошо снабжаемым кровью органам организма человека. Они потребляют 8% всего кислорода крови, хотя их масса едва достигает 0,8% массы тела.

Корковый слой характеризуется аэробным типом метаболизма, мозговое вещество – анаэробным.

Почки обладают широким спектром ферментов, присущих всем активно функционирующим тканям. Вместе с тем, они отличаются своими «органоспецифическими» ферментами, определение содержания которых в крови при заболевании почек имеет диагностическое значение. К таким ферментам прежде всего относится глицин-амидо-трансфераза (она активна также в поджелудочной железе), осуществляющая перенос амидиновой группы с аргинина на глицин. Эта реакция является начальным этапом синтеза креатина:

Глицин-амидо-трансфераза

L-аргинин + глицин L-орнитин + гликоциамин

Из изоферментного спектра для коркового слоя почек характерными являются ЛДГ 1 и ЛДГ 2 , а для мозгового вещества – ЛДГ 5 и ЛДГ 4 . При острых почечных заболеваниях в крови определяются повышенная активность аэробных изоферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ 1 и ЛДГ 2) и изофермента аланинаминопептидазы –ААП 3 .

Наряду с печенью почки являются органом, способным осуществлять глюконеогенез. Этот процесс протекает в клетках проксимальных канальцев. Основным субстратом для глюконеогенеза служит глутамин , который одновременно выполняет буферную функцию по поддержанию необходимой рН. Активация ключевого фермента глюконеогенеза – фосфоенолпируваткарбоксикиназы – вызывается появлением в притекающей крови кислых эквивалентов. Следовательно, состояние ацидоза приводит, с одной стороны, к стимуляции глюконеогенеза, с другой,– к увеличению образования NH 3 , т.е. нейтрализации кислых продуктов. Однако избыточная продукция аммиака – гипераммонийемия – уже будет обуславливать развитие метаболического алкалоза. Повышение концентрации аммиака в крови является важнейшим симптомом нарушения процессов синтеза мочевины в печени.

Механизм образования мочи.

В почках человека насчитывается 1,2 млн нефронов. Нефрон состоит из нескольких частей, различающихся морфологически и функционально: клубочка (гломерула), проксимального канальца, петли Генле, дистального канальца и собирательной трубочки. Ежесуточно гломерулы фильтруют 180 л приносимой плазмой крови. В клубочках происходит ультрафильтрация плазмы крови, в результате чего образуется первичная моча.

В первичную мочу поступают молекулы с молекулярной массой до 60000 Да, т.е. белка в ней практически нет. О фильтрационной способности почек судят на основании величины клиренса (очищения) того и иного соединения – количеству мл плазмы, способной полностью освободится от данного вещества при прохождении его через почку (подробнее в курсе физиологии).

Почечные канальцы осуществляют резорбцию и секрецию веществ. Эта функция для разных соединений различна и зависит от каждого отрезка канальца.

В проксимальных канальцах в результате всасывания воды и растворённых в ней ионов Na + , К + , Cl - , HCO 3 - . начинается концентрация первичной мочи. Всасывание воды происходит пассивно вслед за активно транспортируемым Ё1натрием. Клетки проксимальных канальцев реабсорбируют также из первичной мочи глюкозу, аминокислоты, витамины.

В дистальных канальцах происходит дополнительная реабсорбция Na + . Всасывание воды здесь происходит независимо от ионов натрия. В просвет канальцев секретируются ионы К + , NH 4 + , H + (заметим, что К + , в отличие от Na + , может не только реабсорбироваться, но и секретироваться). В процессе секреции калий из межклеточной жидкости поступает через базальную плазматическую мембрану в клетку канальца за счёт работы «К + -Na + -насоса», а затем пассивно, путём диффузии, выделяется в просвет канальца нефрона через апикальную клеточную мембрану. На рис. представлено строение «К + -Na+-насоса», или К + -Na + -АТФ-азы (рис. 1)

Рис.1 Функционирование К + -Na + -АТФ-азы

В медуллярном отрезке собирательных трубочек идёт окончательное концентрирование мочи. Лишь 1% жидкости, профильтрованной почками, превращается в мочу. В собирательных трубочках вода реабсорбируется через встроенные аквопорины II (водные транспортные каналы) под действием вазопрессина. Ежесуточное количество конечной (или вторичной) мочи, обладающей многократно более высокой осмотической активностью, чем первичная, составляет в среднем 1,5 л.

Реабсорбция и секреция различных соединений в почках регулируется ЦНС и гормонами. Так, при эмоциональном и болевом стрессах может развиться анурия (прекращение мочеотделения). Всасывание воды увеличивается под действием вазопрессина. Его недостаток ведёт к водному диурезу. Альдостерон увеличивает реабсорбцию натрия, а вместе с последним – и воды. Паратирин влияет на всасывание кальция и фосфатов. Этот гормон увеличивает экскрецию фосфатов, в то время как витамин Д задерживает её.

Роль почек в поддержании кислотно-основного равновесия . Постоянство рН крови поддерживается её буферными системами, лёгкими и почками. Постоянство рН внеклеточной жидкости (и косвенным путём – внутриклеточной) обеспечивают лёгкие путём удаления СО 2 , почки – посредством выведения аммиака и протонов и реабсорбцией бикарбонатов.

Основными механизмами в регуляции кислотно-основного равновесия являются процесс реабсорбции натрия и секреция ионов водорода, образуемых с участием карбангидразы.

Карбангидраза (кофактор Zn) ускоряет восстановление равновесия при образовании угольной кислоты из воды и углекислоты:

Н 2 О + СО 2 ⇄ Н 2 СО 3 ⇄ Н + + НСО 3 –

При кислых значениях рН повышается Р СО2 и вместе с этим – концентрация СО 2 в плазме крови. СО 2 уже в большем количестве диффундирует из крови в клетки почечных канальцев (). В почечных канальцах под действием карбангидразы образуется углекислота (), диссоциирующая на протон и ион бикарбоната. Н + -ионы с помощью АТФ-зависимого протонного насоса или путём замены наNa + транспортируются () в просвет канальца. Здесь они связываются с НРО 4 2- с образованием Н 2 РО 4 - . С противоположной стороны канальца (граничащей с капилляром) с помощью карбангидразной реакции () образуется бикарбонат, который совместно с катионом натрия (котранспорт Na +) поступает в плазму крови (Рис. 2).

Если активность карбангидразы угнетена, почки теряют способность секретировать кислоту.

Рис. 2. Механизм реабсорбции и секреции ионов в клетке канальца почки

Важнейшим механизмом, способствующим сохранению натрия в организме, является образование в почках аммиака. NH3 используется вместо других катионов для нейтрализации кислых эквивалентов мочи. Источником аммиака в почках служат процессы дезаминирования глутамина и окислительного дезаминирования аминокислот, в первую очередь, глутаминовой.

Глутамин – амид глутаминовой кислоты, образующийся при присоединении к ней NH 3 ферментом глутаминсинтазой, или синтезированный в реакциях трансаминирования. В почках амидная группа глутамина отщепляется гидролитическим путём от глутамина ферментом глутаминазой I. При этом образуется свободный аммиак:

глутаминаза I

Глутамин Глутаминовая кислота + NH 3

Глутаматдегидрогеназа

α-кетоглутаровая

кислота + NH 3

Аммиак может легко диффундировать в почечные канальцы и там легко присоединять протоны с образованием иона аммония: NH 3 + Н + ↔NH 4 +

Почки служат естественным «фильтром» крови, которые, при правильной работе, выводят из организма вредные вещества. Регуляция функции почек в организме жизненно важна для стабильной работы организма и иммунной системы. Для комфортной жизни нужны два органа. Бывают случаи, что человек остается с одним из них - жить при этом возможно, но всю жизнь придется зависеть от больниц, да и защита от инфекций снизится в несколько раз. За что отвечают почки, зачем они нужны в человеческом теле? Для этого следует изучить их функции.

Структура почек

Углубимся немного в анатомию: органы выделения включают в себя почки - это парный орган бобовидной формы. Расположены они в поясничной области, при этом левая почка находиться выше. Такова природа: над правой почкой находится печень, которая не дает ей куда-либо сместиться. Касательно размера, то органы почти одинаковы, но отметим, что правая немного меньше.

Какова их анатомия? Внешне орган покрыт защитной оболочкой, а внутри организовывает систему, способную накапливать и выводить жидкость. Кроме того, в систему входят паренхимы, которые создают мозговое и корковое вещество и обеспечивают внешний и внутренний слои. Паренхимы - совокупность основных элементов, которые ограничиваются соединительной основой и оболочкой. Систему накопления представляет малая почечная чашечка, которая в системе образует большую. Соединение последних формирует лоханку. В свою очередь, лоханка соединена с мочевым пузырем посредством мочеточников.

Главные виды деятельности

За сутки почки прокачивают всю кровь в организме, при этом очищая от шлаков, токсинов, микроб и других вредоносных веществ.

На протяжении суток почки и печень перерабатывают и очищают кровь от зашлакованности, токсинов, выводят продукты распада. Через почки прокачивается более 200 литров крови за день, что обеспечивает ее чистоту. Негативные микроорганизмы проникают в кровяную плазму и отправляются в мочевой пузырь. Так что же делают почки? Учитывая объем работы, что обеспечивают почки, человек не смог без них существовать. Основные функции почек выполняют следующую работу:

• экскреторную (выделительную);
• гомеостатическую;
• метаболическую;
• эндокринную;
• секреторную;
• функцию кроветворения.

Экскректорная функция - как основная обязанность почек

Образование и выделение мочи — основная функция почек в выделительной системе организма.

Выделительная функция заключается в удаление вредных веществ из внутренней среды. Другими словами, это способность почек корректировать кислотное состояние, стабилизировать водно-солевой обмен, участвовать в поддержке артериального давления. Главная задача ложиться именно на эту функцию почек. Кроме того, они регулируют количество солей, белков в жидкости и обеспечивают метаболизм. Нарушение экскреторной функции почек приводит к ужасному результату: коме, нарушению гомеостаза и даже летальному исходу. При этом нарушение выделительной функции почек проявляется завышенным уровнем токсинов в крови.

Выделительная функция почек осуществляется через нефроны - функциональные единицы в почках. С физиологической точки зрения, нефрон - это почечное тельце в капсуле, с проксимальными канальцами и накопительной трубкой. Нефроны выполняют ответственную работу - контролируют правильное выполнение внутренних механизмов у человека.

Выделительная функция. Этапы работы

Экскреторная функция почек проходит такие этапы:

• секреция;
• фильтрация;
• реабсорбция.

Нарушение экскреторной функции почек ведет к развитию токсического состояния почки.

При секреции из крови выводится продукт обмена, остаток электролитов. Фильтрация - процесс попадания вещества в мочу. При этом жидкость, которая прошла через почки, напоминает кровяную плазму. У фильтрации выделяют показатель, который характеризует функциональный потенциал органа. Этот показатель называют скоростью клубочковой фильтрации. Эта величина нужна для определения скорости выделения мочи за конкретное время. Способность впитывать важные элементы из мочи в кровь называют реабсорбцией. Этими элементами являются белки, аминокислоты, мочевина, электролиты. Показатель реабсорбции меняет показатели от количества жидкости в продуктах питания и здоровья органа.

В чем состоит секреторная функция?

Еще раз отметим, что наши гомеостатические органы контролируют внутренний механизм работы и показатели обмена веществ. Они фильтруют кровь, следят за артериальным давлением, синтезируют биологические активные вещества. Появление этих веществ напрямую связано с секреторной деятельностью. Процесс отражает секрецию веществ. В отличие от выделительной, секреторная функция почек принимает участие в образовании вторичной мочи - жидкости без глюкозы, аминокислот и других полезных организму веществ. Рассмотрим термин «секреция» детально, поскольку в медицине существует несколько толкований:

• синтез веществ, которые впоследствии возвратятся в организм;
• синтезирование химических веществ, которыми насыщается кровь;
• выведение клетками нефронов из крови ненужных элементов.

Гомеостатическая работа

Гомеостатическая функция служит для регуляции водно-солевого и кислотно-щелочного баланса организма.

Почки регулируют водно-солевой баланс всего организма.

Водно-солевой баланс можно описать так: поддержка постоянного количества жидкости в организме человека, где гомеостатические органы оказывают влияние на ионный состав внутриклеточных и внеклеточных вод. Благодаря этому процессу из клубочкового фильтра реабсорбируется 75% ионов натрия, хлора, тогда как анионы свободно перемещаются, а вода реабсорбируется пассивно.

Регуляция органом кислотно-щелочного баланса - явление сложное и запутанное. Поддержка стабильного показателя рh в крови происходит благодаря «фильтру» и буферным системам. Они удаляют кислотно-щелочные компоненты, что нормализует их естественное количество. Когда показатель рh крови меняется (это явление получило название тубулярный ацидоз), образовывается моча щелочного характера. Тубулярные ацидозы несут угрозу здоровью, но особые механизмы в виде секреции h+, аммониогенеза и глюконеогенеза, прекращают окисление мочи, снижают активность ферментов и участвуют в превращении кислореагирующих веществ в глюкозу.

Роль метаболической функции

Метаболическая функция почек в организме происходит путем синтеза биологических активных веществ (ренина, эритропоэтина и других), поскольку они влияют на свертываемость крови, обмен кальция, появление эритроцитов. Эта деятельность определяет роль почек в обмене веществ. Участие в обмене белков обеспечивается реабсорбцией аминокислоты и дальнейшее ее выведение тканями организма. Откуда происходят аминокислоты? Появляются после каталитического расщепления биологически активных веществ, таких как инсулин, гастрин, паратгормон. Кроме процессов катаболизма глюкозы, ткани могут производить глюкозу. Глюконеогенез происходит в пределах коркового слоя, а гликолиз - в мозговом веществе. Получается, превращение кислых метаболитов в глюкозу регулирует кровяной уровень рН.

Почки участвуют в обмене белков, липидов и углеводов. Данная функция обусловлена участием почек в обеспечении постоянства концентрации в крови ряда физиологически значимых органических веществ. В почечных клубочках фильтруются низкомолекулярные белки, пептиды. В проксимальном отделе нефрона они расщепляются до аминокислот или дипептидов и транспортируют через базальную плазматическую мембрану в кровь. При заболеваниях почек эта функция может нарушаться. Почки способны синтезировать глюкозу (глюконеогенез). При длительном голодании почки могут синтезировать до 50% от общего количества глюкозы, образующейся в организме и поступающей в кровь. Для энерготрат почки могут использовать глюкозу или свободные жирные кислоты. При низком уровне глюкозы в крови клетки почки в большей степени расходуют жирные кислоты, при гипергликемии преимущественно расщепляется глюкоза. Значение почек в липидном обмене состоит в том, что свободные жирные кислоты могут в клетках почек включаться в состав триацилглицерина и фосфолипидов и в виде этих соединений поступать в кровь.

Регуляция деятельности почек

В историческом плане представляют интерес опыты, проводившиеся с раздражением или перерезкой эфферентных нервов, иннервирующих почки. При этих воздействиях диурез изменялся незначительно. Он мало изменялся, если почки пересаживали на шею и артерию почки подшивали к сонной артерии. Однако даже в этих условиях удавалось выработать условные рефлексы на болевое раздражение или на водную нагрузку, а также диурез изменялся при безусловно-рефлекторных воздействиях. Эти опыты дали основание предположить, что рефлекторные влияния на почки осуществляются не столько через эфферентные нервы почек (они сравнительно мало влияют на диурез), а происходит рефлекторное выделение гормонов (АДГ, альдостерона) и они оказывают непосредственное влияние на процесс диуреза в почках. Поэтому есть все основания в механизмах регуляции мочеобразовния выделить следующие виды: условно-рефлекторная, безусловно-рефлекторная и гуморальная.

Почка служит исполнительным органом в цепи различных рефлексов, обеспечивающих постоянство состава и объема жидкостей внутренней среды. В ЦНС поступает информация о состоянии внутренней среды, происходит интеграция сигналов и обеспечивается регуляция деятельности почек. Анурия, наступающая при болевом раздражении, может быть воспроизведена условнорефлекторным путем. Механизм болевой анурии основан на раздражении гипоталамических центров, стимулирующих секрецию вазопрессина нейрогипофизом. Наряду с этим усиливаются активность симпатической части нервной системы и секреция катехоламинов надпочечниками, что и вызывает резкое уменьшение мочеотделения вследствие как снижения клубочковой фильтрации, так и увеличения канальцевой реабсорбции воды.

Не только уменьшение, но и увеличение диуреза может быть вызвано условнорефлекторным путем. Многократное введение воды в организм собаки в сочетании с действием условного раздражителя приводит к образованию условного рефлекса, сопровождающегося увеличением мочеотделения. Механизм условнорефлекторной полиурии в данном случае основан на том, что от коры больших полушарий поступают импульсы в гипоталамус и уменьшается секреция АДГ. Импульсы, поступающие по адренергическим волокнам, стимулируют транспорт натрия, а по холинергическим - активируют реабсорбцию глюкозы и секрецию органических кислот. Механизм изменения мочеобразования при участии адренергических нервов обусловлен активацией аденилатциклазы и образованием цАМФ в клетках канальцев. Катехоламинчувствительная аденилатциклаза имеется в базолатеральных мембранах клеток дистального извитого канальца и начальных отделов собирательных трубок. Афферентные нервы почки играют существенную роль как информационное звено системы ионной регуляции, обеспечивают осуществление рено-ренальных рефлексов. Что касается гуморально-гормональной регуляции мочеобразования, то об этом подробно было изложено выше.

Похожие статьи