Физиология почек (стр. 43 )

СО2 + Н2О о Н2СО3

+ Н+.

(9-1)

Но этот источник в норме не является истинным фактором поступления ионов водорода в организм, поскольку эти ионы водорода образуются в результате ука­занных реакций при циркуляции крови через ткани, вновь взаимодействуют с во­дой, когда реакция приобретает обратное направление при прохождении крови через легкие. Результирующая задержка СО2 в то же время, как при гиповенти-ляции, в конечном итоге приводит к увеличению в организме количества ионов водорода. Соответственно результирующая потеря СО2, как при гипервентиля­ции, влечет за собой результирующее выведение из организма ионов водорода.

В организме также образуются кислоты, как органические, так и неорганиче­ские, из других источников помимо СО2. Они носят название нелетучих кислот или фиксированных кислот, чтобы отличить их от тех кислот, которые образу­ются из СО2. Среди этих кислот: серная и фосфорная кислота, образующиеся в про­цессе катаболизма белков и других органических молекул, содержащих серу и фос­фор; органические кислоты, такие как молочная кислота, кетоновые тела и проч. В результате диссоциации всех этих кислот образуются анионы и ионы водорода. Но одновременно, в ходе метаболизма ряда органических анионов, утилизируют­ся ионы водорода и образуется бикарбонат!. Таким образом, метаболизм «нелету­чих» растворенных веществ одновременно и порождает, и утилизирует ионы во­дорода. В США, где диета богата белками, обычно доминирует образование неле­тучих кислот и у большинства лиц существует итоговая ежедневная продукция от 40 до 80 ммоль ионов водорода. В противоположность этому у лиц, диета ко-

188

торых преимущественно является вегетарианской, доминирует метаболическая утилизация ионов водорода с образованием эквивалентного количества бикарбо­ната, так как вклад нелетучих метаболитов является одним из результирующим факторов потери ионов водорода из организма.

Третьим потенциальным источником результирующего приобретения или по­тери ионов водорода являются секреты желудочно-кишечного тракта, удаляемые из организма. Рвотные массы содержат ионы водорода в высокой концентрации и, таким образом, являются источником их потери из организма. В противопо­ложность сказанному другие секреты желудочно-кишечного тракта, имеющие щелочную реакцию, содержат бикарбонат в концентрации значительно большей» чем в плазме. Потеря этих жидкостей, например, при диарее, по существу означа­ет для организма приобретение ионов водорода. Это очень важный пункт: ои представлен в уравнении 9-1, где потеря иона бикарбоната организмом фактиче­ски дает тот же результат, что и приобретение иона водорода, потому что потере бикарбоната вызывает сдвиг равновесия реакции вправо с соответствующей про­дукцией ионов водорода. Соответственно приобретение бикарбоната организмом фактически дает тот же результат, что и потеря иона водорода, поскольку равно­весие реакции будет сдвинуто влево.

Моча представляет собой четвертый источник результирующего приобрете­ния или потери ионов водорода организмом. Как и в случае с другими неоргани­ческими ионами, описанными в этой книге, экскреция почками ионов водорода регулируется для достижения устойчивого равновесия и отсюда поддержания от­носительно постоянной концентрации ионов водорода во внеклеточной жидко­сти. Таким образом, почки в норме экскретируют 40—80 ммоль ионов водорода, образующихся при использовании обычной американской диеты. В противопо­ложность этому почки экскретируют необходимое количество бикарбоната у субъекта, у которого во время обмена веществ образуется больше щелочных ва­лентностей, чем ионов водорода. Почки также приспосабливают производимую ими экскрецию ионов водорода и бикарбоната, чтобы компенсировать любую ре­зультирующую задержку или элиминацию СО2, любое увеличение метаболиче­ской продукции ионов водорода (как, например, при диабетическом кетоацидозе), любые повышенные потери ионов водорода или бикарбоната через желудочно-кишечный тракт. В то же время следует указать, что почки, вместо гомеостатиче-ски регулируемой концентрации ионов водорода во внеклеточной жидкости, са­ми могут создать патологическую концентрацию ионов водорода посредством экскреции или слишком малого или слишком большого количества ионов водо­рода.

Мысль о том, что регуляция содержания ионов водорода в организме подра­зумевает вовлечение в процесс тех же самых регуляторных механизмов на входе и выходе, как это имеет место с натрием или другими ионами, с легкостью дела­ется маловразумительной после подключения к игре такого феномена, как буфер. Между моментом возникновения и временем элиминации большинство ионов водорода подвергаются воздействию буферных систем внеклеточной и внутри-.клеточной жидкости, т. е. они устраняются иным способом в сравнении с ионами натрия. В норме рН = 7,4 во внеклеточной жидкости соответствует фактически содержанию только 40 ммоль/л ионов водорода. Без участия буферов, которые подключаются на этапе между возникновением ионов водорода и их экскрецией, скорость общей суточной продукции (40—80 ммоль) только нелетучих кислот —

189

соответствующая по количеству миллионов наномолей (1 миллимоль - 1 милли­он наномолей) — вызовет огромные изменения рН. Участие буферов сводит эти изменения концентрации водородных ионов к минимуму. Но участие буферов фактически не выводит ионы водорода из организма или сохраняет их количест­во. В этом заключается функция почек.

Единственным важным внеклеточным буфером является система СО2—НСОз. Главными внутриклеточными буферами являются фосфаты и белки, включая ге­моглобин. Поскольку все эти буферные системы находятся в равновесии друг с другом, то изменение в одной паре буферов будет связано с изменениями в дру­гой паре. Соответственно даже хотя внутриклеточные буферы выполняют от 50 до 90 % от всей работы по нейтрализации избытка ионов водорода (в зависимос­ти от источника возникновения ионов водорода), акцент, при описании общей ре­гуляции рН в жидкостях организма, делается, по разным причинам, в основном на'системе СО2—НСОз. Основное соображение заключается в том, что существу­ют весьма тонкие физиологические механизмы для регуляции двух наиболее су­щественных компонентов системы СО2—НСОз; ^со, регулируется дыхательной системой, а концентрация бикарбоната в плазме — почками. Как становится оче­видно из варианта уравнения Неш1егзоп—Наз5е1Ъа1сЬ, регуляция Рср, и концент­рации бикарбоната является средством регуляции рН:

НСО;

рН - 6,1+1о§ 0,03 РС02

(Величина 0,03 в уравнении введена просто для перевода единиц СО2 из мм рт. ст. в ммоль/л.)

Следует вновь повторить, что почки участвуют в поддержании постоянства концентрации ионов водорода во внеклеточной жидкости посредством регуляции концентрации бикарбоната в плазме. Они делают это двумя путями: (1) экскре­цией профильтровавшегося и/или секретированного бикарбоната и (2) добавле­нием новых молекул бикарбоната в кровь, протекающую через почки. Почки мо­гут уменьшить концентрацию бикарбоната в плазме посредством экскреции би­карбоната с мочой, или они могут увеличить концентрацию бикарбоната в плазме посредством продукции нового количества бикарбоната и введения его в кровь, протекающую через почки.

Таким образом, в ответ на снижение концентрации ионов водорода в плазме (алкалоз), почки экснретируют значительное количество бикарбоната с мочой, тем самым увеличивая концентрацию ионов водорода в плазме (повторим, что экскреция бикарбоната с мочой оказывает практически тот же эффект на кровь, как и добавление ионов водорода в кровь).

В противоположность этому в ответ на увеличение концентрации ионов водо­рода в плазме (ацидоз) почки не экскретируют бикарбонат с мочой, а вместо это­го добавляют новые порции бикарбоната в кровь, тем самым снижая концентра­цию ионов водорода в плазме. Как мы увидим, прибавка почками новой порции бикарбоната в кровь связана с экскрецией равного количества ионов водорода с мочой. «Почки добавили новую порцию бикарбоната в кровь» и «почки экскре-тироволи ионы водорода» — эти утверждения являются синонимами. Таким об-разом, для компенсации ацидоза почки экскретируют кислую мочу и ощелачива-

190

Регуляция почкой баланса ионов водорцр]

ют кровь; в ответ на алкалоз они экскретируют содержащую бикарбонат щелоч­ную мочу и подкисляют кровь.

Теперь давайте взглянем на то, как почки осуществляют эти действия — и эяе-крецию бикарбоната и введение нового количества бикарбоната в кровь.

Экскреция бикарбоната

Экскреция бикарбоната с мочой является результатом фильтрации, реабсорб-ции и секреции бикарбоната:

экскретируемое количество НСОз/сут = к-во НСОз профильтровавшееся + + к-во НСОз секретированное - к-во НСОз реабсорбированное.

Сейчас мы будем игнорировать секрецию бикарбоната и сконцентрируем свое внимание только на фильтрации и реабсорбции.

Фильтрация и реабсорбция бикарбоната

Бикарбонат полностью фильтруется в почечном тельце. Какое его количестве фильтруется в сутки?

количество профильтровавшегося НСО3/сут

СКФ х

180 л/сут х 24 ммоль/л 4320 ммоль/сут.

Экскреция такого количества бикарбоната будет эквивалентна введению более чем 4 л 1 н раствора кислоты в организм! Это существенно потому, что у субъек­тов, получающих среднеамериканскую диету, практически весь профильтровав­шийся бикарбонат реабсорбйруется или в противном случае все жидкости орга­низма приобретут резко кислое значение рН. Таким образом, реабсорбция бикар­боната является важным сохраняющим гомеостаз процессом.

Реабсорбция бикарбоната является активным процессом, но она не соверша­ется в традиционной форме, просто за счет люминальной или базолатеральюй мембраны. Более того, механизм, посредством которого реабсорбйруется бикар­бонат, подразумевает канальцевую секрецию ионов водорода. Давайте сперва по­смотрим на основные процессы секреции ионов водорода и затем применим эту информацию к процессу реабсорбции бикарбоната.