Физиология почек (стр. 39 )

4  Перечислить факторы, которые регулируют скорость секре­
ции калия клетками собирательных трубок коры для гомеоста-
тической регуляции баланса калия.

5  Описать пути, по которым изменения в балансе калия действу­
ют на секрецию альдостерона.

6  Описать взаимоотношения между секрецией калия и поступ­
лением жидкости в собирательную трубку коры, объяснить,
как эти взаимоотношения предотвращают изменения в про­
дукции альдостерона, возникающие в результате отклонений
в балансе натрия из-за нарушений в секреции калия, указать

170________________________________________ Участие почки в регуляции баланса калия

на эффекты (фармакологические) большинства диуретических препаратов и осмотических диуретиков на секрецию калия.

7  Представлять прямое действие АДГ на секрецию калия и опи­
сать, почему водный диурез не вызывает увеличения секреции
калия.

8  Описать влияние алкалоза на секрецию калия и его баланс.

Содержание калия во внеклеточной жидкости является тонко регулируемой ве­личиной. Значение поддержания концентрации калия в относительно постоян­ных пределах вытекает прежде всего из роли калия в возбудимости нервной и мышечной ткани. Мембранный потенциал покоя в этих тканях прямо связан с от­ношением между концентрацией калия в клетках и во внеклеточной жидкости. Увеличение концентрации калия во внеклеточной жидкости снижает мембран­ный потенциал покоя, тем самым увеличивая возбудимость клетки. Напротив, снижение концентрации калия во внеклеточной жидкости вызывает гиперполя­ризацию клеточной мембраны и снижает ее возбудимость.

Внеклеточная концентрация калия является функцией двух переменных со­ставляющих: (1) общего количества калия в организме и (2) распределения калия между внутриклеточным и внеклеточным пространством организма. Первая переменная, общее количество калия, определяется соотношением между поступ­лением калия в организм и его экскреции. В норме человек сохраняет баланс ка­лия, так же как и баланс натрия, путем экскреции в сутки с мочой количества ка­лия, равного количеству калия, принятому рег О8, минус небольшое количество этого катиона, выделяющегося с калом и потом. В норме потери калия с потом и калом, невелики, но очень большое количество катиона может быть потеряно из пищеварительного тракта при рвоте или диарее. Регуляция почечной функции является основным механизмом, посредством которого поддерживается баланс калия в организме.

В то же время перед описанием того, что происходит в почках с калием, мы должны кратко суммировать сведения о второй переменной, определяющей кон­центрацию калия во внеклеточной жидкости,— о распределении калия в организ­ме между внутриклеточным и внеклеточным пространством.

Регуляции рапределения калия в организме

Примерно 98 % от общего количества калия в организме находится в клетках, поскольку Ка, К'АТФаза в плазматической мембране активно переносит калий внутрь клеток. Поскольку количество калия во внеклеточном пространстве мало, то даже очень небольшое перемещение калия внутрь клетки или из нее может привести к большим изменениям концентрации калия во внеклеточном про­странстве. Такие перемещения, в особенности в мышцах, находятся до некоторой степени под физиологическим контролем. Поэтому, когда концентрация внекле­точного калия изменяется из-за отклонений, или его общего содержания в орга­низме (т. е. нарушения равновесия между поступлением и экскрецией), или из-за его перераспределения, вторично в связи с разными причинами (например, из-за повреждения клеток), то калий поступает внутрь или выделяется из клетки, тем самым минимизируя изменения во внеклеточной концентрации данного катиона.

Основные почечные механизмы

171

Основные факторы, вовлеченные в эти гомеостатические процессы,— это адрена­лин и инсулин, оба они вызывают увеличение поступления калия в мышцы (и не­которые другие клетки), стимулируя ЫаД-АТФазу плазматической мембраны *.

Влияние адреналина на поступление калия, вероятно, является феноменом большого физиологического значения во время физических упражнений или при травме. В этих ситуациях калий выходит из участвующей в физической нагрузке мышечной клетки или из поврежденной клетки, что увеличивает концентрацию калия во внеклеточном пространстве. В то же самое время физическая нагрузка и травма увеличивают секрецию адреналина в мозговом веществе надпочечников и этот гормон стимулирует захват калия другими клетками, что частично компен­сирует эти нарушения.

Увеличение концентрации инсулина в плазме после еды играет важную роль, вызывая поступление калия в клетки. Этот калий затем медленно выходит из клеток в промежутке между приемами пищи и экскретируется. Более того, значи­тельное увеличение концентрации калия в плазме стимулирует секрецию инсу­лина в любое время, а дрполнительное количество инсулина стимулирует поступ­ление калия в клетки в большей степени — действует система отрицательной об­ратной связи, чтобы препятствовать острым повышениям концентрации калия в плазме.

Таким образом, до сих пор мы обсуждали факторы, которые гомеосттически регулируют перемещение калия при его распределении в организме для миними­зации изменений концентрации калия во внеклеточном пространстве. В то же время другие факторы могут влиять на перенос калия в клетки или из клеток, но они не являются гомеостатическими механизмами, регулирующими содержание калия во внеклеточном пространстве. Вместо этого они могут привести к еще большему отклонению от нормы концентрации калия во внеклеточном простран­стве. Наиболее важное значение имеет концентрация ионов водорода во внекле­точной жидкости: увеличение концентрации иона водорода во внеклеточной жид­кости (ацидоз) часто связано с перемещением калия из клеток, в то время как снижение концентрации иона водорода во внеклеточной жидкости (алкалоз) вы­зывает поступление калия внутрь клеток2. Это выглядит так, как будто калий и ион водорода «обмениваются» через плазматическую мембрану (т. е. ион водоро­да проникает внутрь клетки во время ацидоза и выходит наружу во время алка­лоза, а калий движется в противоположном направлении), но точный механизм, лежащий в основе этого «обмена», остается еще неустановленным.

Основные почечные механизмы

Калий свободно фильтруется в почечном тельце. Количество калия, экскрети-руемого с мочой, в норме у человека, находящегося на типичной американской диете, составляет 5—15 % от профильтровавшегося количества (около 35— 100 ммоль/сут). Это свидетельствует о существовании канальцевой реабсорбции калия. Действительно, если человек получает диету, бедную калием или лишен­ную калия, допустим, в связи с потерями содержимого из пищеварительного тракта, то доля реабсорбируемого калия может очень сильно увеличиться, хотя и никогда не достигает такого абсолютного уровня, как в случае с натрием. В про­тивоположность сказанному, при избыточном поступлении калия с диетой или

172

Участие почки в регуляции баланса калия

при некоторых других обстоятельствах (см. ниже) масса экскретируемого калия может существенно превышать фильтруемое количество. Это подтверждает, что каналец также способен секретировать калий.* Таким образом, в целом для ка­нальца может иметь место как канальцевая реабсорбция,/так и результирующая канальцевая секреция. Как мы увидим, сегменты канальца, которые ответственны за столь существенные отличия в экскреции калия, оказываются расположены наиболее дистально.

Результаты обработки калия в канальцах суммированы в табл. 8-1. Независи­мо от состояния баланса калия в организме у субъекта в проксимальном канальце реабсорбируется приблизительно 55 % от профильтровавшегося калия, а в тол­стой восходящей части петли Генле — около 30 %3. Механизмы реабсорбции ка­лия в этих двух сегментах логически очевидны из наших дискуссий об ионном транспорте в других главах. (1) Реабсорбция в проксимальном канальце в основ­ном осуществляется посредством парацеллюлярной диффузии, концентрацион­ный градиент для которой создается, как для мочевины, так и для хлора, за счет реабсорбции воды4. (2) Реабсорбция в толстой восходящей части петли Генле, как и в случае с натрием, частично активна (осуществляемая посредством Ка, К,2С1 котранспорта в люминальной мембране (рис. 6-1))5, а частично обу­словлена парацеллюлярной диффузией, связанной с трансканальцевой разностью потенциалов, при которой в этом сегменте просвет положителен. Таким образом, реабсорбция калия в обоих сегментах в конечном итоге связана с реабсорбцией натрия.

Что же происходит в оставшихся участках канальца (табл. 8-1)? Для челове­ка, который получает диету с низким содержанием калия или испытывающего недостаток калия в организме по каким-то другим причинам, калий реабсорбиру­ется в дистальных сегментах канальца. В конечным счете лишь очень небольшое количество калия подвергается экскреции.

В противоположность этому для человека, который получает диету с нормаль­ным или высоким содержанием калия, и дистальный извитой каналец, и собира­тельная трубка коры осуществляют результирующую секрецию калия, в итоге ко­личество калия в просвете канальца существенно возрастает. Чем больше потреб-

173

ление человеком калия рег оз или чем более положительным является баланс ка­лия в организме, тем большее количество данного катиона секретируется этими сегментами канальца. (Конечные сегменты почечных канальцев, собирательная трубка мозгового слоя также обычно продолжают реабсорбировать калий6.) Ито­говый результат — работа различных участков канальца у человека, находящегося на диете с нормальным или повышенным содержанием калия, заключается в том, что преимущественное количество экскретируемого калия — это каши, который был секретирован в дистальном извитом канальце и в собирательной трубке коры почки.

Поскольку вклад (в реабсорбцию, в секрецию) собирательной трубки коры почки гораздо больше, чем дистального извитого канальца, то мы для упрощения в оставшейся части главы будем говорить только о собирательной трубке коры почки. Каким образом происходит, что корковая собирательная трубка может осуществлять как результирующую реабсорбцию, так и результирующую секре­цию? Вспомним еще раз, что система собирательной трубки содержит главные и вставочные клетки. Главные клетки — это те самые клетки, в которых реабсорб-ция натрия регулируется альдостероном, а реабсорбция воды регулируется АДГ, они и секретируют калий. В противоположность этому вставочные клетки типа А реабсорбируют калий. (Процесс реабсорбции калия также одновременно сопро­вождается канальцевой секрецией ионов водорода, что будет описано в главе 9.) При нулевом или положительном балансе калия секреция калия главными клет­ками выражена гораздо в большей степени, чем реабсорбция калия вставочными клетками типа А и поэтому корковая собирательная трубка осуществляет резуль­тирующую секрецию. При дефиците калия в организме в то же время главные клетки снижают интенсивность секреции, поэтому начинает доминировать ре­зультирующая реабсорбция.