13.6.7. Роль почек в осморегуляции и волюморегуляции

Осморегуляция. Почки являются основным эффекторным органом системы осморегуляции. Они обеспечивают выделение избытка воды в виде гипотонической мочи при поступлении воды в организм или экономят воду и экскретируют мочу, гипертоническую по отношению к плазме крови, при обезвоживании. При избыточном содержании воды в организме концентрация растворенных осмотически активных веществ в крови снижается и ее осмотическое давление падает. Это уменьшает активность центральных осморецепторов, расположенных в области супраоптического ядра гипоталамуса, а также периферических осморецепторов, имеющихся в печени, почке, селезенке и ряде других органов. Уменьшение активности осморецепторов снижает секрецию антидиуретического гормона (АДГ) нейрогипофизом и приводит к возрастанию выделения воды почкой (рис. 13.14).

Рис. 13.14 Участие почки в регуляции водно—солевого обмена

1— ЦНС, 2 — гипоталамус, 3 — нейрогипофиз, 4 — почка, 5 — поджелудочная железа, 6 — надпочечник;

При обезвоживании организма, при введении в сосудистое русло гипертонического раствора хлористого натрия увеличивается концентрация осмотически активных веществ в плазме крови, возбуждаются осморецепторы, стимулируются нейроны супраоптического ядра, усиливается секреция АДГ, возрастает реабсорбция воды в канальцах, уменьшается мочеотделение и выделяется осмотически концентрированная моча. Установлено, что у человека в норме при осмоляльности крови около 280 мосм/кг H₂O полностью прекращается секреция АДГ и почка выделяет наибольшие количества воды. При обезвоживании когда осмоляльность крови возрастает до 295 мосм/кг Н₂О, секреция АДГ достигает максимума и обнаруживается пик осмотического концентрирования мочи в почке. В эксперименте показано, что секреция АДГ возрастает при раздражении не только осморецепторов, но и специфических натриорецепторов. После введения в область III желудочка мозга гипертонического раствора NaСl наступает антидиурез, а после введения в ту же область гипертонических растворов сахара мочеотделение не уменьшается.

Осморецепторы реагируют на сдвиги концентрации осмотически активных веществ в плазме крови. При увеличении осмоляльности плазмы крови на 1% (около 3 мосм/л) концентрация аргинин—вазопрессина, являющегося антидиуретическим гормоном у человека и многих других млекопитающих, возрастает на 1 пг/мл плазмы. Повышение концентрации осмотически активных веществ в плазме на 1 мосм/кг воды вызывает благодаря выделению АДГ увеличение осмотической концентрации мочи почти на 100 мосм/кг H₂O, а переход от состояния водного диуреза до максимального осмотического концентрирования мочи требует всего 10—кратного возрастания АДГ в крови — с 0,5 до 5 пг/мл.

Волюморецепция. Помимо информации от осморецепторов и натриорецепторов уровень секреции АДГ зависит и от активности волюморецепторов, реагирующих на изменение объема внутрисосудистой и внеклеточной жидкости. Ведущее значение в регуляции секреции АДГ имеют те волюморецепторы, которые реагируют на изменение напряжения сосудистой стенки. В первую очередь это рецепторы левого предсердия, импульсы от которых передаются в ЦНС по афферентным волокнам блуждающего нерва. При увеличении кровенаполнения левого предсердия активируются волюморецепторы и угнетается секреция АДГ, тем самым усиливается мочеотделение. В предсердии вырабатывается гормон, увеличивающий выделение ионов Na⁺ почкой и получивший название атриальный натрийуретический пептид.

Рассмотрим особенности реакции почки при возбуждении волюморецепторов и осморецепторов. Активация только волюморецепторов возникает в ответ на увеличение объема внутрисосудистой жидкости при неизмененной концентрации в ней осмотически активных веществ. Это приводит к повышению экскреции солей натрия и воды. Одновременная активация волюморецепторов и осморецепторов может наступить при потреблении больших количеств воды, в этом случае в основном усиливается выведение воды. Ведущую роль в изолированном осморегулирующем рефлексе играет уменьшение секреции АДГ, в результате снижается реабсорбция воды и усиливается ее экскреция.

Увеличение объема внеклеточной жидкости, возрастание объема крови служат стимулом для волюморегулирующего рефлекса. В эксперименте адекватным раздражителем системы регуляции объема внеклеточной жидкости может служить введение в кровеносный сосуд больших количеств изотоничного плазме крови физиологического раствора. Возрастание притока крови к сердцу, растяжение стенки предсердия стимулируют волюморецепторы и секрецию из клеток предсердия атриального натрийуретического пептида. Под влиянием этого гормона усиливается выделение ионов натрия и воды почкой.

Стимуляция волюморецепторов рефлекторно изменяет характер импульсации иннервирующих почку симпатических нервов и снижает реабсорбцию натрия и воды в канальцах. Возрастание объема крови способствует растяжению афферентной артериолы клубочка. Это сопровождается изменением активности юкстагломерулярного аппарата, уменьшением секреции фермента ренина, благодаря чему снижается образование в крови из ангиотензиногена ангиотензина I. После отщепления от него двух аминокислот образуется ангиотензин II, который вызывает ряд эффектов, в том числе стимулирует секрецию альдостерона. Когда снижается количество ангиотензина, падает и поступление в кровь альдостерона, что приводит к уменьшению реабсорбции натрия в канальцах. Активация волюморегулирующего рефлекса снижает секрецию вазопрессина, тем самым уменьшается реабсорбция воды и повышается ее выделение почкой.

Клеточное действие вазопрессина. Воздействие вазопрессина начинается с активации рецепторов, расположенных на базальной и латеральных мембранах клеток конечных частей дистального сегмента нефрона и собирательных трубок. Существует два типа рецепторов вазопрессина: V₁ и V₂. Первый тип рецепторов после взаимодействия с вазопрессином активирует образование таких вторичных мессенджеров, как инозитолтрифосфат и диацилглицерол. Стимуляция вазопрессином V₂—рецепторов завершается активацией фермента аденилатциклазы, в результате из АТФ образуется вторичный мессенджер — цАМФ. Это физиологически активное вещество внутри клетки вызывает ряд превращений, приводящих к увеличению проницаемости для воды апикальной (люминальной) плазматической мембраны, обращенной в просвет канальца.

В обычных условиях, когда в крови нет вазопрессина, люминальная мембрана непроницаема для воды, клетка не пропускает через себя воду и реабсорбция воды в собирательных трубках практически не происходит. После секреции вазопрессина в кровь и стимуляции им V₂—рецепторов у внутренней поверхности базальной плазматической мембраны образуется цАМФ. Этот вторичный мессенджер должен пересечь клетку и у противоположной плазматической мембраны активировать ряд процессов, завершающихся увеличением проницаемости для воды.

В цитоплазме клетки содержатся агрефоры. — в них находятся так называемые «водные каналы» (аквапорины), которые перемещаются к люминальной мембране и встраиваются в нее. Для осуществления этого процесса необходимо участие микрофиламентов и микротрубочек. В конечном счете цАМФ способствует встраиванию в люминальную мембрану агрегатов внутримембранных частиц;

чем больше образуется цАМФ, тем большая поверхность мембраны будет занята агрегатами частиц и выше становится проницаемость для воды. Восстановление исходной проницаемости зависит от скорости ферментативного разрушения цАМФ, эту функцию выполняет имеющаяся внутри клетки фосфодиэстераза цАМФ.

Таким образом, активация V₂—рецепторов вазопрессином сопровождается образованием цАМФ и увеличением проницаемости для воды.

Выше речь шла о V₁—рецепторах. Их физиологическое значение состоит в модуляции, регуляции силы ответа клетки, они обеспечивают осуществление своеобразной системы обратной связи. При регуляции водного обмена в организме ведущую роль играет лишь один гормон — вазопрессин.

В регуляции ионного обмена обычно природа использует два гормона, оказывающие противоположное физиологическое действие, например кальцитонин, снижающий концентрацию кальция в крови, и паратгормон, увеличивающий ее.

В случае вазопрессина можно описать уникальный способ физиологической регуляции, когда один гормон с помощью рецепторов двух разных типов стимулирует реакцию и модифицирует ее. Активация V₁—рецепторов и образование описанных выше вторичных мессенджеров способствуют снижению силы действия цАМФ. Экспериментально можно активировать только аденилатциклазу и устранить фосфоинозитидный ответ, связанный со стимуляцией V₁—рецепторов. В таком случае сила ответа на вазопрессин станет выше.

Эти данные позволяют представить целостную картину регуляции водного обмена: от возбуждения осморецепторов и секреции вазопрессина до конечных этапов внутриклеточных изменений, сопровождающихся возрастанием проницаемости мембраны для воды. Поток воды при увеличении ее реабсорбции растет в десятки раз.

Выше шла речь о процессах, происходящих в базальной мембране, цитоплазме и апикальной мембране. Такие большие физиологические изменения, сопровождающиеся возрастанием потока воды, затрагивают и внешнюю поверхность клетки. После добавления вазопрессина наблюдается экзоцитоз — выделение веществ со стороны апикальной мембраны на ее внешнюю поверхность. Среди этих веществ находятся компоненты гликокаликса, а также, вероятно, и ряд гидролитических ферментов.

А. Г. Гинецинский высказал предположение, что на одном из этапов действия АДГ в процесс вовлекается гиалуронатгидролаза, деполимеризующая гликозаминогликаны в межклеточном веществе почки. В пользу такого предположения свидетельствуют данные, что введение в кровь антисыворотки к почечной гиалуронатгидролазе уменьшает способность АДГ увеличивать проницаемость для воды и ее реабсорбцию.