Физиология почек (стр. 45 )

Поступление вновь образованных ионов

бикарбоната в кровь (почечная

экскреция ионов водорода)

Помимо способности сохранить весь профильтровавшийся бикарбонат почки также могут добавить новое количество бикарбоната в кровь, так что масса бикар­боната, покидающего почки через почечные вены, превышает то количество веще­ства, которое поступает в почки через почечные артерии. Влияние на организм прибавления нового количества бикарбоната приводит, конечно, к ощелачиванию среды, и это является компенсаторным действием почек при ацидозе.

Существуют два механизма, посредством которых почки добавляют новое ко­личество бикарбоната в организм: (1) секреция ионов водорода, которые вместо того чтобы вызвать реабсорбцию бикарбоната, экскретируются с мочой, соединя­ясь с небикарбонатным буфером, поставляемым процессом фильтрации, (2) ката­болизм глютамина для образования аммония (МН^) с последующей экскрецией

4 с мочой. Теперь мы опишем оба эти механизма.

Секреция ионов водорода и их экскреция с буферами мочи

Мы видели, как секреция ионов водорода стимулирует реабсорбцию бикарбо­ната и как этот процесс предотвращает потерю профильтрованного бикарбоната, но не добавляет нового количества бикарбоната в кровь. Теперь мы увидим, что идентичный процесс секреции ионов водорода может также стимулировать экс­крецию ионов водорода и прибавление нового количества бикарбоната в кровь. Какой достигается результат после секреции ионов водорода — реабсорция би­карбоната или поступление нового количества бикарбоната в кровь, зависит ис­ключительно от судьбы данного иона в просвете канальца.

В случае реабсорбции бикарбоната, как мы видели, секретированный ион во­дорода соединяется с профильтровавшимся бикарбонатом и затем входит в со­став молекулы воды. В противоположность этому, в случае добавления нового ко­личества бикарбоната в кровь, секретированный ион водорода соединяется с не-бикарбонатными буферами в просвете канальца (или гораздо в меньшей степени остается в свободном состоянии в растворе) и экскретируется. В норме наиболее важным из этих профильтровавшихся буферов является фосфат, более точно НР042-

На рис. 9-5 показана последовательность событий, которую влечет за собой экскреция ионов водорода, воздействуя на фосфат, и добавление нового количе­ства бикарбоната в кровь. Процесс секреции ионов водорода в данной последова­тельности является тем: же самым, что был описан нами ранее (рис, 9-1), но об­щий результирующий эффект иной просто потому, что секретированный ион взаимодействует с профильтровавшимся фосфатом в большей степени, чем с про­фильтровавшимся бикарбонатом. Поэтому бикарбонат, образовавшийся в ка-

7*

196

Регуляция почкой баланса ионов водорода'

Взаимодействие секретированного иона водорода с профильтровавшимся фосфатом. Обратит внимание, что количество вновь образованного бикарбоната, поступающее в кровь, является дополнительным количеством. В противоположность этому на рис. 9-3 показано, что результи­рующего добавления бикарбоната в кровь не происходит, если секретированный ион водорода используется в ходе реабсорбции бикарбоната.

Рис.9-5

нальцевой клетке и поступающий в плазму, представляет собой результирующую прибавку бикарбоната в кровь, а не просто замену профильтровавшегося бикар­боната. Таким образом, когда секретированный ион водорода соединяется в про­свете канальца с профильтровавшимися буферами помимо бикарбоната, то об­щий результат заключается не только в сохранении бикарбоната, но скорее в до­бавлении в кровь нового количества бикарбоната, что увеличивает концентрацию бикарбоната в крови и ощелачивает ее.

На рис. 9-5 также показан другой важный момент, а именно, что вклад со сто­роны почек нового количества бикарбоната в кровь сопровождается экскрецией с мочой эквивалентного количества ионов водорода в соединении с буфером. В дан­ном случае, в отличие от реабсорбции бикарбоната, секретированный ион водоро­да остается в канальцевой жидкости, связанный здесь буфером, и выделяется с мочой. Сказанное подкрепляет концепцию, что когда почки добавляют новое ко­личество бикарбоната в кровь, то в действительности они экскретируют ионы во­дорода из организма, тем самым подщелачивая его внутреннюю среду. Следует подчеркнуть, что клубочковая фильтрация ионов водорода не создает существен­ного вклада в экскрецию ионов водорода, поскольку концентрация свободного иона водорода при рН - 7,4, рН гломерулярного фильтрата составляет величину менее 10~7 М. Даже умножая эту величину на 180 л/сут, мы получим результат менее 0,1 ммоль профильтровавшегося количества (иона водорода) в сутки.

Для понимания потенциального вклада различных профильтровавшихся бу­феров необходимо учесть, что существует минимальная величина рН мочи (щж-мерно 4,4) которая может быть достигнута в организме. (Главное соображение -аг

Поступление вновь образованных ионов бикарбоната в кровь

197

ково, что активность переносчиков ионов водорода тормозится при столь низком значении рН 7.)

Фосфаты и органические кислоты в роли буферов. Следует повторить, что профильтровавшийся фосфат в норме является наиболее важным небикарбо-натным буфером мочи. Взаимосвязь между одновалентным и двухвалентным фосфатом является следующей:

НРОГ + Н+ « Н2РО4-.

Эта буферная пара представляет собой великолепную буферную систему для мо­чи, поскольку ее рК равен 6,8. Если ее изобразить в рамках уравнения Непс1ег-5оп— На$8е1Ьа1сЬ, то:

рН - 6,8 + 1оg HPO4/H2PO4

При нормальной величине рН плазмы и поэтому клубочкового фильтрата урав­нение имеет вид:

7,4 = 6,8 + 1оg НРО4-/Н2РO4.

Решая уравнение, мы находим, что в плазме содержится в четыре раза больше двухвалентного фосфата (НРС>4~)> чем одновалентного (Н2РО4~) и данный НРО^" может участвовать в образовании буферного раствора с секретированными иона-Ый водорода. К моменту, когда достигается минимальное значение внутиканаль-цевого рН - 4,4, практически все количество НРО?' переводится в Н2РО1. Какое количество НРО1" фильтруется в норме в сутки? 8

Общее колическтво профильтровавшегося

фосфата в сутки =180 л/сут х 1 ммоль/л = = 180 ммоль/сут.

Профильтровавшийся HPO4=80 % х 180 ммоль/сут = = 144 ммоль/сут.

Не все количество профильтровавшегося НРО^" имеет буферный эффект, по­скольку около 75 % профильтровавшегося фосфата реабсорбируется. Количество нереабсорбированного ИРО^", способного оказать буферный эффект, равняется: 0,25 х 144 ммоль/сут = 36 ммоль/сут. Таким образом, реабсорбция фосфата су­щественно сокращает количество НРО^", которое остается в канальце и способно оказывать буферный эффект9. Поэтому при компенсации ацидоза почками вто­рой механизм почечной продукции нового количества бикарбоната — метаболизм глютамина — несет на себе все тяготы компенсаторного процесса.

При определенных обстоятельствах различные органические буферы могут появиться в большом количестве в канальцевой жидкости и играть роль важных буферных факторов. Примером может быть пациент с нерегулируемым сахарным диабетом. В результате недостатка инсулина у такого больного может развиться весьма выраженный ацидоз, поскольку у него в организме образуется в значи­тельном количестве ацетоуксусная и р-гидроксимасляная кислоты, которые поч­ти полностью диссоциируют с образованием анионов (р-гидроксибутират и аце-тоацетат) и ионов водорода. Эти анионы фильтруются в почечном тельце, но реабсорбируются только частично, поскольку они находятся в организме в значи-

198

тельном количестве, превышая соответствующие величины Тт в почках. Они мо­гут оказать буферное действие на часть ионов водорода, которые секретировалиеь в канальцах. В то же время их воздействие ограничивается низким значением рК — примерно 4,5. Это означает, что примерно половина этих анионов будет подвергаться титрованию секретируемыми ионами водорода, перед тем как будет достигнут минимальный уровень рН мочи, равный 4,4, т. е. в действительности только половина их количества может быть использована в качестве буфера.

Качественное описание взаимодействия реабсорбции бикарбонатт и экскреции ионов водорода с небикарбонатными буферами. Повто­рим еще раз, что судьба ионов водорода, секретируемых в канальце, в основном может быть двоякой: (1) он может соединиться с профильтровавшимся бикар­бонатом, и в этом случае процесс заканчивается реабсорбцией бикарбонат! (рис. 9-3); или (2) он может соединиться с профильтровавшимися небикарбо­натными буферами, такими как фосфат (рис. 9-5). В первом случае этот процесс предотвращает потери бикарбоната почками из организма. Этот процесс сам по себе не может оказать ощелачивающий эффект в организме, но может предотвра­тить развитие ацидоза, вызванного утратой бикарбонатов. В противоположность этому второй процесс вносит новое количество бикарбоната в организм и одно­временно происходит экскреция ионов водорода и тем самым подщелачивание внутренней среды организма.

От чего зависит, будут ли секретированные ионы водорода в просвете каналь­ца соединяться с бикарбонатом или с фосфатом и органическими буферами? Это зависит от величины рК реакции каждой буферной пары и от концентрации каж­дого имеющегося буфера. Для упрогцения материала можно предположить, что в сравнении с бикарбонатом титруется относительно небольшое количество неби-карбонатного буфера, т. е. он не соединяется с ионом водорода, пока большая часть бикарбоната не будет реабсорбирована. Это правильно в основном, по­скольку концентрация бикарбоната в клубочковом фильтрате намного выше, чем концентрация других буферов. Когда большая часть профильтровавшегося би­карбоната будет реабсорбирована, секретированные ионы водорода соединяются с другими буферами.

Данные рассуждения также объясняют вклад различных канальцевых сегмен­тов в указанные процессы (табл. 9-2). Проксимальный каналец секретирует очень большое количество ионов водорода, и почти все они участвуют в стимуля­ции реабсорбции бикарбоната, как указывалось ранее, 80 % профильтровавшего­ся бикарбоната реабсорбируется в проксимальном канальце. Поскольку большая часть секретируемых ионов водорода используется для реабсорбции бикарбоната, рН канальцевой жидкости снижается меньше чем на 1 ед рН, и только небольшое количество ионов водорода соединяется с фосфатами и органическими буферами.