Pripravil N.U. Kasymkanov

Astana 2015

Glavna funkcija ledvic je odstranjevanje vode in vodotopnih snovi (končnih produktov presnove) iz telesa (1). Izločilna funkcija je tesno povezana z uravnavanjem ionskega in kislinsko-baznega ravnovesja notranjega okolja telesa (homeostatska funkcija). 2). Obe funkciji nadzorujejo hormoni. Poleg tega ledvice opravljajo endokrino funkcijo in neposredno sodelujejo pri sintezi številnih hormonov (3). Nazadnje so ledvice vključene v vmesne presnovne procese (4), zlasti v glukoneogenezo in razgradnjo peptidov in aminokislin (slika 1).

Skozi ledvice prehaja zelo velika količina krvi: 1500 litrov na dan. Iz tega volumna se filtrira 180 litrov primarnega urina. Potem se volumen primarnega urina znatno zmanjša zaradi reabsorpcije vode, zaradi česar je dnevni izloček urina 0,5-2,0 litra.

Izločevalna funkcija ledvic. Proces uriniranja

Proces uriniranja v nefronih je sestavljen iz treh stopenj.

Ultrafiltracija (glomerularna ali glomerularna filtracija). V glomerulih ledvičnih teles med ultrafiltracijo iz krvne plazme nastane primarni urin, izoosmotičen s krvno plazmo. Pore, skozi katere se filtrira plazma, imajo efektivni povprečni premer 2,9 nm. S to velikostjo por vse komponente krvne plazme z molekulsko maso (M) do 5 kDa prosto prehajajo skozi membrano. Snovi z M< 65 кДа частично проходят через поры, и только крупные молекулы (М >65 kDa) se zadržijo v porah in ne vstopijo v primarni urin. Ker ima večina beljakovin v krvni plazmi dovolj visoko molekulsko maso (M> 54 kDa) in je negativno nabitih, jih zadrži glomerularna bazalna membrana, vsebnost beljakovin v ultrafiltratu pa je zanemarljiva.

Reabsorpcija. Primarni urin je koncentriran (približno 100-krat v primerjavi s prvotno prostornino) zaradi povratne filtracije vode. Hkrati se skoraj vse snovi z nizko molekulsko maso, predvsem glukoza, aminokisline, pa tudi večina elektrolitov, anorganskih in organskih ionov, reabsorbira v tubulih po mehanizmu aktivnega transporta v tubulih (slika 2).

Reabsorpcija aminokislin se izvaja z uporabo skupinsko specifičnih transportnih sistemov (nosilcev).

Kalcijevi in ​​fosfatni ioni. Kalcijevi ioni (Ca 2+) in fosfatni ioni se skoraj v celoti reabsorbirajo v ledvičnih tubulih, proces pa poteka s porabo energije (v obliki ATP). Dobitek za Ca 2+ je več kot 99%, za fosfatne ione - 80-90%. Stopnjo reabsorpcije teh elektrolitov uravnavajo obščitnični hormon (paratirin), kalcitonin in kalcitriol.

Peptidni hormon paratirin (PTH), ki ga izloča obščitnična žleza, spodbuja reabsorpcijo kalcijevih ionov in hkrati zavira reabsorpcijo fosfatnih ionov. V kombinaciji z delovanjem drugih hormonov kostnega tkiva in črevesja to vodi v zvišanje ravni kalcijevih ionov v krvi in ​​znižanje ravni fosfatnih ionov.

Kalcitonin, peptidni hormon iz celic C ščitnice, zavira reabsorpcijo kalcijevih in fosfatnih ionov. To vodi do znižanja ravni obeh ionov v krvi. Glede na uravnavanje ravni kalcijevih ionov je kalcitonin antagonist paratirina.

Steroidni hormon kalcitriol, ki nastane v ledvicah, spodbuja absorpcijo kalcijevih in fosfatnih ionov v črevesju, spodbuja mineralizacijo kosti in sodeluje pri uravnavanju reabsorpcije kalcijevih in fosfatnih ionov v ledvičnih tubulih.

Natrijevi ioni. Reabsorpcija ionov Na + iz primarnega urina je zelo pomembna ledvična funkcija. To je zelo učinkovit postopek: absorbira se približno 97 % Na+. Steroidni hormon aldosteron stimulira, atrijski natriuretični peptid [ANP (ANP)], sintetiziran v atriju, pa nasprotno zavira ta proces. Oba hormona uravnavata delo Na + / K + -ATPaze, lokalizirane na strani plazemske membrane tubularnih celic (distalni in zbiralni kanali nefrona), ki jo spere krvna plazma. Ta natrijeva črpalka črpa ione Na + iz primarnega urina v kri v zameno za ione K +.

Voda. Reabsorpcija vode je pasiven proces, pri katerem se voda absorbira v osmotsko enakovrednem volumnu skupaj z ioni Na +. V distalnem nefronu se voda lahko absorbira le v prisotnosti peptidnega hormona vazopresina (antidiuretični hormon, ADH), ki ga izloča hipotalamus. ANP zavira reabsorpcijo vode. to pomeni, da poveča izločanje vode iz telesa.

Zaradi pasivnega transporta se absorbirajo klorovi ioni (2/3) in sečnina. Stopnja reabsorpcije določa absolutno količino snovi, ki ostanejo v urinu in se izločijo iz telesa.

Reabsorpcija glukoze iz primarnega urina je hlapen proces, povezan s hidrolizo ATP. Hkrati ga spremlja sočasni transport ionov Na + (po gradientu, saj je koncentracija Na + v primarnem urinu višja kot v celicah). Po podobnem mehanizmu se absorbirajo tudi aminokisline in ketonska telesa.

Procesi reabsorpcije in izločanja elektrolitov in neelektrolitov so lokalizirani v različnih delih ledvičnih tubulov.

Izločanje. Večina snovi, ki se izločajo iz telesa, pride v urin zaradi aktivnega transporta v ledvičnih tubulih. Te snovi vključujejo ione H + in K +, sečno kislino in kreatinin, zdravilne snovi, kot je penicilin.

Organske sestavine urina:

Glavni del organske frakcije urina so snovi, ki vsebujejo dušik, končni produkti presnove dušika. Urea, ki se proizvaja v jetrih. je nosilec dušika, ki ga vsebujejo aminokisline in pirimidinske baze. Količina sečnine je neposredno povezana s presnovo beljakovin: 70 g beljakovin vodi do tvorbe ~ 30 g sečnine. Sečna kislina je končni produkt presnove purinov. Kreatinin, ki nastane s spontano ciklizacijo kreatina, je končni produkt presnove v mišičnem tkivu. Ker je dnevno sproščanje kreatinina individualna lastnost (premosorazmerna z mišično maso), se lahko kreatinin uporabi kot endogena snov za določanje hitrosti glomerulne filtracije. Vsebnost aminokislin v urinu je odvisna od narave prehrane in učinkovitosti jeter. Derivati ​​aminokislin (na primer hipurična kislina) so prisotni tudi v urinu. Vsebnost v urinu derivatov aminokislin, ki so del posebnih beljakovin, na primer hidroksiprolina, ki je prisoten v kolagenu, ali 3-metilhistidina, ki je del aktina in miozina, lahko služi kot indikator intenzivnosti razgradnjo teh beljakovin.

Sestavine urina so konjugati, ki nastanejo v jetrih z žveplovo in glukuronsko kislino, glicinom in drugimi polarnimi snovmi.

V urinu so lahko prisotni produkti presnovne transformacije številnih hormonov (kateholamini, steroidi, serotonin). Po vsebnosti končnih produktov lahko sodimo o biosintezi teh hormonov v telesu. Proteinski hormon horiogonadotropin (HCG, M 36 kDa), ki nastane med nosečnostjo, vstopi v krvni obtok in se z imunološkimi metodami odkrije v urinu. Prisotnost hormona je pokazatelj nosečnosti.

Rumeno barvo urina dajejo urokromi - derivati ​​žolčnih pigmentov, ki nastanejo med razgradnjo hemoglobina. Urin med shranjevanjem potemni zaradi oksidacije urokroma.

Anorganske sestavine urina (slika 3)

Urin vsebuje katione Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ in NH 4 +, anione Cl -, SO 4 2- in HPO 4 2- ter druge ione v sledovih. Vsebnost kalcija in magnezija v blatu je bistveno višja kot v urinu. Količina anorganskih snovi je v veliki meri odvisna od narave prehrane. Pri acidozi se lahko močno poveča izločanje amoniaka. Izločanje številnih ionov uravnavajo hormoni.

Spremembe koncentracije fizioloških komponent in videz patoloških sestavin urina se uporabljajo za diagnosticiranje bolezni. Na primer, pri sladkorni bolezni so glukoza in ketonska telesa prisotna v urinu (slepo črevo).

4. Hormonska regulacija proizvodnje urina

Volumen urina in vsebnost ionov v njem se uravnava zaradi kombiniranega delovanja hormonov in strukturnih značilnosti ledvic. Na količino dnevnega urina vplivajo hormoni:

ALDOSTERON in VAZOPRESIN (njihov mehanizem delovanja je bil obravnavan prej).

PARATHORMON - hormon obščitnične žleze proteinsko-peptidne narave, (membranski mehanizem delovanja, preko cAMP) vpliva tudi na odstranjevanje soli iz telesa. V ledvicah poveča tubularno reabsorpcijo Ca +2 in Mg +2, poveča izločanje K +, fosfata, HCO 3 - in zmanjša izločanje H + in NH 4 +. To je predvsem posledica zmanjšanja tubularne reabsorpcije fosfata. Hkrati se poveča koncentracija kalcija v krvni plazmi. Hiposekrecija obščitničnega hormona vodi do nasprotnih pojavov - povečanja vsebnosti fosfatov v krvni plazmi in zmanjšanja vsebnosti Ca +2 v plazmi.

ESTRADIOL je ženski spolni hormon. Spodbuja sintezo 1,25-dioksivitamina D 3, izboljša reabsorpcijo kalcija in fosforja v ledvičnih tubulih.

Homeostatsko delovanje ledvic

1) homeostaza vode in soli

Ledvice sodelujejo pri vzdrževanju stalne količine vode z vplivom na ionsko sestavo znotraj- in zunajceličnih tekočin. Približno 75 % natrijevih, klorovih in vodnih ionov se reabsorbira iz glomerularnega filtrata v proksimalnem tubulu zaradi prej omenjenega mehanizma ATPaze. V tem primeru se aktivno reabsorbirajo samo natrijevi ioni, anioni se premikajo zaradi elektrokemičnega gradienta, voda pa se reabsorbira pasivno in izoosmotično.

2) sodelovanje ledvic pri uravnavanju kislinsko-baznega ravnovesja

Koncentracija ionov H + v plazmi in v medceličnem prostoru je približno 40 nM. To ustreza pH vrednosti 7,40. pH notranjega okolja telesa je treba vzdrževati konstantno, saj pomembne spremembe v koncentraciji teka niso združljive z življenjem.

Konstantnost pH vrednosti vzdržujejo plazemski puferski sistemi, ki lahko kompenzirajo kratkotrajne motnje kislinsko-bazičnega ravnovesja. Dolgoročno pH ravnovesje se vzdržuje s proizvodnjo in odstranjevanjem protonov. V primeru motenj v puferskih sistemih in v primeru neupoštevanja kislinsko-bazičnega ravnovesja, na primer zaradi bolezni ledvic ali motenj v frekvenci dihanja zaradi hipo- ali hiperventilacije, se pH vrednost plazma presega dovoljene meje. Znižanje pH 7,40 za več kot 0,03 enote se imenuje acidoza, zvišanje pa alkaloza.

Izvor protonov. Obstajata dva vira protonov - proste živilske kisline in aminokisline beljakovin, ki vsebujejo žveplo, pridobljene iz živilskih kislin, na primer citronske, askorbinske in fosforne, oddajajo protone v črevesnem traktu (pri alkalnem pH). K zagotavljanju ravnovesja protonov največ prispevata aminokislini metionin in cistein, ki nastaneta pri razgradnji beljakovin. V jetrih se žveplovi atomi teh aminokislin oksidirajo v žveplovo kislino, ki disociira v sulfatne ione in protone.

Pri anaerobni glikolizi v mišicah in eritrocitih se glukoza pretvori v mlečno kislino, katere disociacija vodi do tvorbe laktata in protonov. Nastajanje ketonskih teles - acetoocetne in 3-hidroksimaslene kisline - v jetrih vodi tudi do sproščanja protonov, presežek ketonskih teles vodi do preobremenitve plazemskega puferskega sistema in znižanja pH (metabolična acidoza; mlečna kislina → mlečna kislina, ketonska telesa → ketoacidoza). V normalnih pogojih se te kisline običajno presnovijo v CO 2 in H 2 O in ne vplivajo na protonsko ravnovesje.

Ker je acidoza še posebej nevarna za telo, imajo ledvice posebne mehanizme za boj proti njej:

a) izločanje H+

Ta mehanizem vključuje tvorbo CO 2 v presnovnih reakcijah v celicah distalnega tubula; nato tvorba H 2 CO 3 z delovanjem karboanhidraze; njegova nadaljnja disociacija na Н + in НСО 3 - in zamenjava ionov N + za ione Na +. Natrijevi in ​​bikarbonatni ioni nato difundirajo v kri, da postane alkalna. Ta mehanizem je bil eksperimentalno preizkušen – uvedba zaviralcev karboanhidraze vodi do povečanja izgube natrija s sekundarnim urinom in zakisljevanje urina se ustavi.

b) amoniogeneza

Aktivnost encimov amoniogeneze v ledvicah je še posebej visoka v pogojih acidoze.

Encimi amoniogeneze vključujejo glutaminazo in glutamat dehidrogenazo:

c) glukoneogeneza

Teče v jetrih in ledvicah. Ključni encim v procesu je ledvična piruvat karboksilaza. Encim je najbolj aktiven v kislem okolju - v tem se razlikuje od istega jetrnega encima. Zato se z acidozo v ledvicah aktivira karboksilaza in snovi, ki reagirajo na kislino (laktat, piruvat), se intenzivneje začnejo spreminjati v glukozo, ki nima kislih lastnosti.

Ta mehanizem je pomemben pri acidozi, povezani s postom (s pomanjkanjem ogljikovih hidratov ali s splošnim pomanjkanjem prehrane). Kopičenje ketonskih teles, ki so po svojih lastnostih kisline, spodbuja glukoneogenezo. In to pomaga izboljšati kislinsko-bazično stanje in hkrati oskrbuje telo z glukozo. S popolnim stradanjem se v ledvicah proizvede do 50% glukoze v krvi.

Pri alkalozi je glukoneogeneza inhibirana, (zaradi spremembe pH se zavira PVC-karboksilaza) zavira izločanje protonov, hkrati pa se poveča glikoliza in poveča tvorba piruvata in laktata.

Ledvična presnovna funkcija

1) Tvorba aktivne oblike vitamina D 3. V ledvicah se kot posledica mikrosomske oksidacijske reakcije pojavi končna faza zorenja aktivne oblike vitamina D 3 - 1,25-dioksiholekalciferol. Predhodnik tega vitamina, vitamin D 3, se sintetizira v koži pod vplivom ultravijoličnih žarkov iz holesterola in nato hidroksilira: najprej v jetrih (na položaju 25), nato pa v ledvicah (na položaju 1). Tako ledvice, ki sodelujejo pri tvorbi aktivne oblike vitamina D 3, vplivajo na presnovo fosforja in kalcija v telesu. Zato se pri boleznih ledvic, ko so moteni procesi hidroksilacije vitamina D 3, lahko razvije OSTEODISTROFIJA.

2) Regulacija eritropoeze. Ledvice proizvajajo glikoprotein, imenovan ledvični eritropoetski faktor (PEF ali ERITROPOETIN). To je hormon, ki lahko deluje na matične celice rdečega kostnega mozga, ki so tarčne celice za PEF. PEF usmerja razvoj teh celic po poti spektropoeze, t.j. spodbuja tvorbo rdečih krvnih celic. Hitrost sproščanja PEF je odvisna od oskrbe ledvic s kisikom. Če se količina vhodnega kisika zmanjša, se proizvodnja PEF poveča - to vodi do povečanja števila rdečih krvnih celic v krvi in ​​izboljšanja oskrbe s kisikom. Zato se pri bolezni ledvic včasih opazi ledvična anemija.

3) Biosinteza beljakovin. V ledvicah aktivno potekajo procesi biosinteze beljakovin, ki so potrebne za druga tkiva. Tukaj so sintetizirane nekatere komponente:

Sistemi za koagulacijo krvi;

Sistemi komplementa;

Sistemi fibrinolize.

V ledvicah se RENIN sintetizira v celicah jukstaglomerularnega aparata (JHA).

Sistem renin-angiotenzin-aldosteron deluje v tesnem stiku z drugim sistemom za uravnavanje žilnega tonusa: KALLIKREIN-KININSKIM SISTEMOM, katerega delovanje vodi v znižanje krvnega tlaka.

Proteinski kininogen se sintetizira v ledvicah. Ko pride v kri, se kininogen pod delovanjem serinskih proteinaz - kalikreinov pretvori v vazoaktivne peptide - kinine: bradikinin in kalidin. Bradikinin in kalidin imata vazodilatacijski učinek – znižujeta krvni tlak. Inaktivacija kininov se pojavi s sodelovanjem karboksikatepsina - ta encim hkrati vpliva na oba sistema regulacije žilnega tonusa, kar vodi do zvišanja krvnega tlaka. Zaviralci karboksikatepsina se uporabljajo v medicini pri zdravljenju nekaterih oblik hipertenzije (na primer zdravilo klonidin).

Vpletenost ledvic pri uravnavanju krvnega tlaka je povezana tudi s tvorbo prostaglandinov, ki delujejo hipotenzivno in nastajajo v ledvicah iz arahidonske kisline kot posledica reakcij lipidne peroksidacije (LPO).

4) Katabolizem beljakovin. Ledvice sodelujejo pri katabolizmu nekaterih nizkomolekularnih beljakovin (5-6 kDa) in peptidov, ki se filtrirajo v primarni urin. Med njimi so hormoni in nekatere druge biološko aktivne snovi. V tubularnih celicah se pod delovanjem lizosomskih proteolitičnih encimov ti proteini in peptidi hidrolizirajo v aminokisline, ki vstopijo v krvni obtok in jih ponovno uporabijo celice drugih tkiv.

Najprej je treba razlikovati med pojmoma presnova ledvic in presnovna funkcija ledvic. Presnova ledvic so presnovni procesi v ledvicah, ki zagotavljajo izpolnjevanje vseh njenih funkcij. Presnovna funkcija ledvic je povezana z vzdrževanjem stalne ravni beljakovin, ogljikovih hidratov in lipidov v tekočinah notranjega okolja.

Albumin in globulini ne prehajajo skozi glomerularno membrano, vendar se beljakovine in peptidi z nizko molekulsko maso prosto filtrirajo. Posledično hormoni in spremenjene beljakovine nenehno vstopajo v tubule. Celice proksimalnega tubula nefrona zajamejo in jih nato razgradijo na aminokisline, ki se skozi bazalno plazemsko membrano transportirajo v zunajcelično tekočino in nato v kri. To prispeva k obnavljanju zalog aminokislin v telesu. Tako imajo ledvice pomembno vlogo pri razgradnji nizkomolekularnih in spremenjenih beljakovin, zaradi česar se telo osvobodi fiziološko aktivnih snovi, kar izboljša natančnost regulacije, aminokisline, ki se vračajo v kri, pa se uporabijo za nove sintezo. Ledvice imajo aktivni sistem za proizvodnjo glukoze. Pri dolgotrajnem postu se približno polovica celotne količine glukoze, ki vstopi v kri, sintetizira v ledvicah. Za to se uporabljajo organske kisline. S pretvorbo teh kislin v glukozo, kemično nevtralno snov, ledvice s tem prispevajo k stabilizaciji pH krvi, zato se pri alkalozi zmanjša sinteza glukoze iz kislih substratov.

Sodelovanje ledvic pri presnovi lipidov je posledica dejstva, da se proste maščobne kisline izločajo iz krvi skozi ledvice in njihova oksidacija v veliki meri zagotavlja delovanje ledvic. Te kisline v plazmi so vezane na albumin in se zato ne filtrirajo. V celice nefrona vstopajo iz medcelične tekočine. Proste maščobne kisline so vgrajene v fosfolipide ledvic, ki imajo pomembno vlogo pri različnih transportnih funkcijah. Proste maščobne kisline v ledvicah so vključene tudi v sestavo triacilgliceridov in fosfolipidov in nato v obliki teh spojin vstopijo v kri.

Uravnavanje delovanja ledvic

Živčna regulacija. Ledvice so eden od pomembnih izvršilnih organov v sistemu različnih refleksov, ki uravnavajo konstantnost notranjega okolja telesa. Živčni sistem vpliva na vse procese uriniranja – filtracijo, reabsorpcijo in izločanje.

Draženje simpatičnih vlaken, ki inervirajo ledvice, povzroči zoženje krvnih žil v ledvicah. Zoženje dovodnih arteriol spremlja znižanje krvnega tlaka v glomerulih in zmanjšanje količine filtracije. Z zožitvijo eferentnih arteriol se poveča filtracijski tlak in poveča filtracija. Simpatični vplivi spodbujajo reabsorpcijo natrija.

Parasimpatični vplivi aktivirajo reabsorpcijo glukoze in izločanje organske kisline.

Boleče draženje vodijo do refleksnega zmanjšanja uriniranja do popolnega prenehanja tvorbe urina. Ta pojav se imenuje bolečina anurija. Mehanizem anurije bolečine je, da se krč arteriol pojavi s povečanjem aktivnosti simpatičnega živčnega sistema in izločanjem kateholaminov s strani nadledvičnih žlez, kar vodi do močnega zmanjšanja glomerularne filtracije. Poleg tega se zaradi aktivacije jeder hipotalamusa poveča izločanje ADH, kar poveča reabsorpcijo vode in s tem zmanjša izločanje urina. Ta hormon poveča prepustnost sten zbiralnega kanala posredno z aktivacijo encima. hialuronidaza. Ta encim depolimerizira hialuronsko kislino, ki je del medcelične snovi sten zbiralnih kanalov. Stene zbirnih cevi postanejo bolj porozne zaradi povečanja medceličnih prostorov in ustvarijo se pogoji za gibanje vode vzdolž osmotskega gradienta. Encim hialuronidazo očitno tvori epitelij zbiralnih kanalčkov in se aktivira pod vplivom ADH. Z zmanjšanjem izločanja ADH postanejo stene distalnega nefrona skoraj popolnoma neprepustne za vodo in velika količina se izloči z urinom, izločanje urina pa se lahko poveča na 25 litrov na dan. To stanje se imenuje diabetes insipidus(diabetes insipidus).

Prekinitev uriniranja, opažena z bolečim draženjem, je lahko posledica pogojnega refleksa. Povečanje izločanja urina lahko povzroči tudi pogojena refleksna pot. Pogojne refleksne spremembe v velikosti diureze kažejo na učinek na delovanje ledvic višjih delov centralnega živčnega sistema, in sicer možganske skorje.

Humoralna regulacija. Vodilno vlogo igra humoralna regulacija delovanja ledvic. Na splošno prestrukturiranje ledvične aktivnosti, njeno prilagajanje nenehno spreminjajočim se pogojem obstoja odlikujejo predvsem učinki na glomerularni in kaialčev aparat različnih hormonov: ADH, aldosterona, obščitničnega hormona, tiroksina in mnogih drugih, od katerih sta prva dva. so najpomembnejši.

Antidiuretični hormon, kot je navedeno zgoraj, poveča reabsorpcijo vode in s tem zmanjša izločanje urina (od tod tudi njegovo ime). To je bistveno za vzdrževanje stalnega osmotskega tlaka v krvi. Z zvišanjem osmotskega tlaka se poveča izločanje ADH in to vodi do ločevanja koncentriranega urina, ki telo osvobodi odvečnih soli z minimalno izgubo vode. Znižanje osmotskega tlaka krvi vodi do zmanjšanja izločanja ADH in s tem do sproščanja več tekočega urina in sproščanja telesa od odvečne vode.

Stopnja izločanja ADH ni odvisna le od aktivnosti osmoreceptorjev, temveč tudi od aktivnosti volumoreceptorjev, ki se odzivajo na spremembe volumna intravaskularne in zunajcelične tekočine.

Hormon aldosteron poveča reabsorpcijo natrijevih ionov in izločanje kalija v celicah ledvičnih tubulov. Iz zunajcelične tekočine ta hormon prodre skozi bazalno plazemsko membrano v citoplazmo celice, se poveže z receptorjem in ta kompleks vstopi v jedro, kjer nastane nov kompleks aldosterona s stereospecifičnim kromatinom. Povečanje izločanja kalijevih ionov pod vplivom aldosterona ni povezano z aktivacijo celičnega aparata za sintezo beljakovin. Aldosteron poveča prepustnost za kalij apikalne membrane celice in s tem poveča pretok kalijevih ionov v urin. Aldosteron zmanjša reabsorpcijo kalcija in magnezija v proksimalnih tubulih.

Dih

Dihanje je ena izmed vitalnih funkcij telesa, katere cilj je vzdrževanje optimalne ravni redoks procesov v celicah. Dihanje je kompleksen biološki proces, ki zagotavlja dovajanje kisika v tkiva, njegovo uporabo celicam v procesu presnove in odstranjevanje nastalega ogljikovega dioksida.

Celoten kompleksen proces dihanja lahko razdelimo na tri glavne stopnje: zunanje dihanje, transport plinov s krvjo in tkivno dihanje.

Zunanje dihanje - izmenjava plinov med telesom in okoliškim atmosferskim zrakom. Zunanje dihanje pa lahko razdelimo na dve stopnji:

Izmenjava plinov med atmosferskim in alveolarnim zrakom;

Izmenjava plinov med krvjo pljučnih kapilar in alveolarnim zrakom (izmenjava plinov v pljučih).

Prenos plinov po krvi. Kisik in ogljikov dioksid v prostem raztopljenem stanju se prevažata v nepomembni količini, večina teh plinov se prevaža v vezanem stanju. Glavni nosilec kisika je hemoglobin. S pomočjo hemoglobina se transportira tudi do 20 % ogljikovega dioksida (ogljikovega hemoglobina). Preostanek ogljikovega dioksida se transportira v obliki bikarbonatov v krvni plazmi.

Notranje ali tkivno dihanje. To stopnjo dihanja lahko razdelimo tudi na dve:

izmenjava plinov med krvjo in tkivi;

Poraba kisika v celicah in sproščanje ogljikovega dioksida.

Zunanje dihanje se izvaja ciklično in je sestavljeno iz faze vdiha, izdiha in dihalne pavze. Pri ljudeh je frekvenca dihalnih gibov v povprečju 16-18 na minuto.

Biomehanika vdiha in izdiha

Vdih se začne s krčenjem dihalnih (dihalnih) mišic.

Mišice, katerih krčenje vodi do povečanja volumna prsne votline, se imenujejo inspiratorne, mišice, katerih krčenje vodi do zmanjšanja volumna prsne votline, pa se imenujejo ekspiratorne. Glavna inspiratorna mišica je mišica diafragme. Krčenje mišice diafragme vodi do tega, da je njena kupola sploščena, notranji organi so potisnjeni navzdol, kar vodi do povečanja volumna prsne votline v navpični smeri. Krčenje zunanjih medrebrnih in interhondralnih mišic vodi do povečanja volumna prsne votline v sagitalni in frontalni smeri.

Pljuča so prekrita s serozno membrano - plevra, sestavljen iz visceralnih in parietalnih listov. Parietalni list je povezan s prsnim košem, visceralni list pa s pljučnim tkivom. S povečanjem volumna prsnega koša, kot posledica krčenja vdihalnih mišic, bo parietalni list sledil prsnemu košu. Zaradi pojava adhezivnih sil med plastmi pleure bo visceralna plast sledila parietalni, za njimi pa pljuča. To vodi do povečanja negativnega tlaka v plevralni votlini in do povečanja volumna pljuč, ki ga spremlja zmanjšanje tlaka v njih, postane nižji od atmosferskega in zrak začne teči v pljuča - pride do vdiha .

Med visceralno in parietalno plastjo pleure je prostor v obliki reže, imenovan plevralna votlina. Tlak v plevralni votlini je vedno pod atmosferskim, se imenuje negativni tlak. Velikost negativnega tlaka v plevralni votlini je enaka: do konca največjega izdiha - 1-2 mm Hg. Art., do konca mirnega izdiha - 2-3 mm Hg. Art., do konca mirnega vdiha -5-7 mm Hg. Art., do konca največjega vdiha - 15-20 mm Hg. Umetnost.

Negativen tlak v plevralni votlini je posledica t.i elastično vleko pljuč - moč, s katerim si pljuča nenehno prizadevajo zmanjšati svoj volumen. Elastičen vlek pljuč je posledica dveh razlogov:

Prisotnost velikega števila elastičnih vlaken v steni alveolov;

Površinska napetost tekočega filma, ki pokriva notranjo površino sten alveolov.

Snov, ki pokriva notranjo površino alveolov, se imenuje površinsko aktivna snov. Površinsko aktivna snov ima nizko površinsko napetost in stabilizira stanje alveolov, in sicer pri vdihavanju ščiti alveole pred prekomernim raztezanjem (molekule površinsko aktivne snovi se nahajajo daleč druga od druge, kar spremlja povečanje površinske napetosti), in ko pri izdihu, od kolapsa (molekule površinsko aktivne snovi se nahajajo blizu drug drugemu prijatelju, kar spremlja zmanjšanje vrednosti površinske napetosti).

Vrednost podtlaka v plevralni votlini v aktu vdiha se kaže, ko zrak vstopi v plevralno votlino, t.j. pnevmotoraks.Če v plevralno votlino vstopi majhna količina zraka, se pljuča delno zrušijo, vendar se njihovo prezračevanje nadaljuje. To stanje imenujemo zaprt pnevmotoraks. Čez nekaj časa se zrak iz plevralne votline sesa in pljuča se razširijo.

V primeru kršitve tesnosti plevralne votline, na primer s prodornimi ranami prsnega koša ali z razpokom pljučnega tkiva zaradi njegovega poraza s katero koli boleznijo, plevralna votlina komunicira z atmosfero in tlakom v postane enak atmosferskemu, pljuča se popolnoma zrušijo, njihovo prezračevanje se ustavi. Takšen pnevmotoraks se imenuje odprt. Odprti dvostranski pnevmotoraks je nezdružljiv z življenjem.

Delni umetni zaprti pnevmotoraks (vnos določene količine zraka v plevralno votlino z iglo) se uporablja v terapevtske namene, na primer pri tuberkulozi delni kolaps prizadetega pljuča prispeva k celjenju patoloških votlin (kavern).

Pri globokem dihanju so pri vdihu vključene številne pomožne dihalne mišice, ki vključujejo: mišice vratu, prsnega koša, hrbta. Krčenje teh mišic povzroči premikanje reber, kar pomaga vdihavalnim mišicam.

Z mirnim dihanjem se vdih izvaja aktivno, izdih pa pasiven. Sile, ki zagotavljajo miren izdih:

Moč prsnega koša;

Elastično vleko pljuč;

Trebušni pritisk;

Elastičen vlek rebernega hrustanca, ki je zvit med vdihom.

Pri aktivnem izdihu sodelujejo notranje medrebrne mišice, zadnja zobata mišica in trebušne mišice.

Prezračevanje pljuč. Prezračevanje pljuč je določeno s količino vdihanega ali izdihanega zraka na enoto časa. Kvantitativna značilnost pljučne ventilacije je dihalni minutni volumen(MOD) - prostornina zraka, ki preide skozi pljuča v eni minuti. V mirovanju je MOD 6-9 litrov. S fizičnim naporom se njegova vrednost močno poveča in znaša 25-30 litrov.

Ker v alveolah poteka izmenjava plinov med zrakom in krvjo, ni pomembno splošno prezračevanje pljuč, temveč prezračevanje alveolov. Alveolarna ventilacija je za količino mrtvega prostora manjša od prezračevanja pljuč. Če od vrednosti dihalne prostornine odštejemo prostornino mrtvega prostora, dobimo prostornino zraka v alveolah, in če to vrednost pomnožimo s hitrostjo dihanja, dobimo alveolarno prezračevanje. Posledično je učinkovitost alveolarne ventilacije višja pri globljem in redkejšem dihanju kot pri pogostem in plitkem dihanju.

Sestava vdihanega, izdihanega in alveolarnega zraka. Atmosferski zrak, ki ga človek diha, ima relativno konstantno sestavo. Izdihani zrak vsebuje manj kisika in več ogljikovega dioksida, alveolarni pa še manj kisika in več ogljikovega dioksida.

Vdihani zrak vsebuje 20,93 % kisika in 0,03 % ogljikovega dioksida, izdihani zrak vsebuje 16 % kisika, 4,5 % ogljikovega dioksida, alveolarni zrak pa 14 % kisika in 5,5 % ogljikovega dioksida. Izdihani zrak vsebuje manj ogljikovega dioksida kot alveolarni zrak. To je posledica dejstva, da se zrak mrtvega prostora z nizko vsebnostjo ogljikovega dioksida zmeša z izdihanim zrakom in njegova koncentracija se zmanjša.

Prenos plinov po krvi

Kisik in ogljikov dioksid v krvi sta v dveh stanjih: kemično vezan in raztopljen. Prenos kisika iz alveolarnega zraka v kri in ogljikovega dioksida iz krvi v alveolarni zrak poteka z difuzijo. Gonilna sila difuzije je razlika v parcialnem tlaku (napetosti) kisika in ogljikovega dioksida v krvi in ​​v alveolarnem zraku. Zaradi difuzije se molekule plina premikajo iz območja njegovega višjega parcialnega tlaka v območje nizkega parcialnega tlaka.

Prenos kisika. Od celotne količine kisika, ki ga vsebuje arterijska kri, se le 0,3 vol % raztopi v plazmi, preostanek kisika prenašajo eritrociti, v katerih se kemično veže s hemoglobinom in tvori oksihemoglobin. Dodajanje kisika hemoglobinu (oksigenacija hemoglobina) poteka brez spreminjanja valence železa.

Stopnja nasičenosti hemoglobina s kisikom, torej tvorba oksihemoglobina, je odvisna od napetosti kisika v krvi. Ta odvisnost je izražena z grafom disociacija oksihemoglobina(slika 29).

Slika 29. Graf disociacije oksihemoglobina:

a-pri normalnem parcialnem tlaku CO2

b-vpliv sprememb parcialnega tlaka CO 2

v-vpliv sprememb pH;

r-učinek temperaturnih sprememb.

Ko je napetost kisika v krvi nič, je v krvi le zmanjšan hemoglobin. Povečanje napetosti kisika vodi do povečanja količine oksihemoglobina. Še posebej hitro se raven oksihemoglobina poveča (do 75%) s povečanjem napetosti kisika z 10 na 40 mm Hg. Art., in pri napetosti kisika, ki je enaka 60 mm Hg. Umetnost. nasičenost hemoglobina s kisikom doseže 90%. Z nadaljnjim povečanjem napetosti kisika nasičenje hemoglobina s kisikom do popolne nasičenosti poteka zelo počasi.

Strm del grafa disociacije oksihemoglobina ustreza napetosti kisika v tkivih. Nagnjeni del grafa ustreza visokim napetostim kisika in kaže, da je v teh pogojih vsebnost oksihemoglobina malo odvisna od napetosti kisika in njegovega parcialnega tlaka v alveolarnem zraku.

Afiniteta hemoglobina za kisik je odvisna od številnih dejavnikov. Če se afiniteta hemoglobina za kisik poveča, se proces premakne proti tvorbi oksihemoglobina in graf disociacije se premakne v levo. To opazimo, ko napetost ogljikovega dioksida pada z nižanjem temperature, s premikom pH proti alkalni strani.

Z zmanjšanjem afinitete hemoglobina za kisik gre proces bolj v smeri disociacije oksihemoglobina, medtem ko se graf disociacije premakne v desno. To opazimo s povečanjem parcialnega tlaka ogljikovega dioksida, z zvišanjem temperature, s premikom pH proti kisli strani.

Imenuje se največja količina kisika, ki jo kri lahko veže, ko je hemoglobin popolnoma nasičen s kisikom kisikova zmogljivost krvi. Odvisno je od vsebnosti hemoglobina v krvi. En gram hemoglobina lahko veže 1,34 ml kisika, zato bo pri vsebnosti hemoglobina v krvi 140 g / l kisikova kapaciteta krvi 1,34 "140-187,6 ml ali približno 19 vol%.

Prenos ogljikovega dioksida... V raztopljenem stanju se transportira le 2,5-3 vol. % ogljikovega dioksida, v povezavi s hemoglobinom - karbohemoglobin - 4-5 vol. % in v obliki soli ogljikove kisline 48-51 vol. %, pod pogojem, da lahko približno 58 vol. se izloči iz venske krvi % ogljikovega dioksida.

Ogljikov dioksid hitro difundira iz krvne plazme v rdeče krvne celice. V kombinaciji z vodo tvori šibko ogljikovo kislino. V plazmi je ta reakcija počasna, v eritrocitih pa pod vplivom encima karboanhidraza močno pospeši. Ogljikova kislina takoj disociira na ione H + in HCO 3 -. Pomemben del ionov HCO 3 se sprosti nazaj v plazmo (slika 30).

Slika 30. Diagram procesov, ki se pojavljajo v eritrocitih med absorpcijo ali sproščanjem kisika in ogljikovega dioksida v krvi.

Hemoglobin in plazemski proteini kot šibke kisline tvorijo soli z alkalijskimi kovinami: v plazmi z natrijem, v eritrocitih s kalijem. Te soli so v disociiranem stanju. Ker ima ogljikova kislina močnejše kisle lastnosti kot beljakovine v krvi, se pri interakciji z beljakovinskimi solmi protein-anion veže na kation H + in tako tvori nedisociirano molekulo, ion HCO 3 - pa tvori bikarbonat z ustreznim kationom - v plazmi natrijev bikarbonat, v eritrocitih pa kalijev bikarbonat. Rdeče krvne celice se imenujejo tovarna bikarbonata.

Regulacija dihanja

Potrebo telesa po kisiku, ki je potreben za presnovne procese, določa aktivnost, ki jo telo v tem trenutku izvaja.

Regulacija vdiha in izdiha. Spremembo dihalnih faz olajšajo signali, ki prihajajo iz mehanoreceptorjev pljuč vzdolž aferentnih vlaken vagusnih živcev. Ko so vagusni živci prerezani, postane dihanje živali bolj redko in globoko. Posledično impulzi, ki prihajajo iz receptorjev pljuč, zagotavljajo spremembo vdiha v izdih in spremembo izdiha z vdihom.

Tako imenovani dražilni receptorji, ki imajo hkrati lastnosti mehano- in kemoreceptorjev. Razdraženi so zaradi močnih sprememb v volumnu pljuč, nekateri od teh receptorjev se vzbujajo med vdihom in izdihom. Dražilne receptorje vzbuja tudi delovanje prašnih delcev, hlapov kavstičnih snovi in ​​nekaterih biološko aktivnih snovi, na primer histamina. Za uravnavanje spremembe vdiha in izdiha pa so pomembnejši receptorji za raztezanje pljuč, ki so občutljivi na razširitev pljuč.

Med vdihom, ko začne zrak pritekati v pljuča, se ta raztegnejo in aktivirajo se receptorji za raztezanje. Impulzi iz njih vzdolž vlaken vagusnega živca vstopajo v strukture podolgovate medule v skupino nevronov, ki sestavljajo dihalni center(DC). Kot so pokazale študije, je središče vdiha in izdiha v podolgovati možgani lokalizirano v njenih dorzalnih in ventralnih jedrih. Iz nevronov inspiratornega centra gre vzbujanje v motorične nevrone hrbtenjače, katerih aksoni sestavljajo frenični, zunanji medrebrni in interhondralni živci, ki inervirajo dihalne mišice. Krčenje teh mišic dodatno poveča volumen prsnega koša, zrak še naprej teče v alveole in jih razteza. Poveča se pretok impulzov v dihalni center iz pljučnih receptorjev. Tako se vdih stimulira z vdihom.

Nevroni dihalnega centra podolgovate medule so tako rekoč razdeljeni (konvencionalno) v dve skupini. Ena skupina nevronov zagotavlja vlakna za mišice, ki zagotavljajo vdih, ta skupina nevronov se imenuje inspiratorni nevroni(inspiracijski center), t.j. center za navdih. Druga skupina nevronov, ki pošiljajo vlakna v notranjo medrebrno, in; interhondralne mišice, dobil ime ekspiracijski nevroni(ekspiracijski center), t.j. izdihovalni center.

Nevroni ekspiratornega in inspiratornega dela dihalnega centra podolgovate medule imajo različno razdražljivost in labilnost. Razdražljivost inspiratornega dela je višja, zato se njegovi nevroni vzbujajo pod delovanjem nizke frekvence impulzov, ki prihajajo iz receptorjev pljuč. Toda ko se velikost alveolov med vdihom povečuje, se frekvenca impulzov iz receptorjev pljuč vedno bolj povečuje in na višini vdiha je tako visoka, da postane pesimalna za nevrone inspiracijskega centra, vendar optimalna za nevroni centra za izdih. Zato so nevroni v inspiratornem centru inhibirani, nevroni v izdihovalnem centru pa vzbujeni. Tako se regulacija spremembe vdiha in izdiha izvaja s frekvenco, ki gre vzdolž aferentnih živčnih vlaken od receptorjev pljuč do nevronov dihalnega centra.

Poleg inspiratornih in ekspiratornih nevronov je bila v kavdalnem delu mostu najdena skupina celic, ki prejemajo ekscitacije od inspiratornih nevronov in zavirajo aktivnost ekspiratornih nevronov. Pri živalih s prerezom možganskega debla skozi sredino varolijevega mosta postane dihanje redko, zelo globoko, z ustavitvijo za nekaj časa v fazi vdiha, imenovani aipneza. Skupina celic, ki ustvarja ta učinek, se imenuje center za apnejo.

Na dihalno središče podolgovate medule vplivajo zgornji deli osrednjega živčnega sistema. Tako se na primer nahaja pred Varolijevim mostom pnevmotaksični center, ki spodbuja periodično aktivnost dihalnega centra, poveča hitrost razvoja inspiracijske aktivnosti, poveča razdražljivost mehanizmov za izklop vdiha, pospešuje začetek naslednjega vdiha.

Hipoteza o pesimalnem mehanizmu spremembe faze vdiha s fazo izdiha ni našla neposredne eksperimentalne potrditve v poskusih z registracijo celične aktivnosti struktur dihalnega centra. Ti poskusi so omogočili vzpostavitev kompleksne funkcionalne organizacije slednjega. Po sodobnih konceptih vzbujanje celic inspiratornega dela podolgovate medule aktivira aktivnost apneje in pnevmotaksičnih centrov. Apnestični center zavira aktivnost ekspiratornih nevronov, pnevmotaksični center vzbuja. Ker se pod vplivom impulzov mehano- in kemoreceptorjev poveča vzbujanje inspiratornih nevronov, se poveča aktivnost pnevmotaksnega centra. Ekscitatorni vplivi na ekspiratorne nevrone iz tega centra proti koncu faze vdiha postanejo prevladujoči nad zaviralnimi, ki prihajajo iz centra apneje. To vodi do vzbujanja ekspiratornih nevronov, ki imajo zaviralne učinke na inspiratorne celice. Vdih se zavira, začne se izdih.

Očitno obstaja neodvisen mehanizem zaviranja vdiha na ravni podolgovate medule. Ta mehanizem vključuje posebne nevrone (I beta), ki jih vzbujajo impulzi iz mehanoreceptorjev raztezanja pljuč in inspiratorno-inhibicijski nevroni, ki jih vzbuja aktivnost nevronov I beta. Tako se s povečanjem impulzov iz mehanoreceptorjev pljuč poveča aktivnost I beta nevronov, ki v določenem času (proti koncu inspiracijske faze) povzročijo vzbujanje inspiratorno-inhibitornih nevronov. Njihova aktivnost zavira delo inspiratornih nevronov. Vdih se nadomesti z izdihom.

Pri uravnavanju dihanja so zelo pomembni centri hipotalamusa. Pod vplivom centrov hipotalamusa se dihanje okrepi, na primer z bolečimi draženji, s čustvenim vznemirjenjem, s fizičnim naporom.

Pri regulaciji dihanja sodelujejo možganske poloble, ki sodelujejo pri subtilnem ustreznem prilagajanju dihanja spreminjajočim se pogojem obstoja organizma.

Nevroni dihalnega centra možganskega debla imajo avtomatizem, to je sposobnost spontanega periodičnega vzbujanja. Za samodejno delovanje DC nevronov je potrebna nenehna dobava signalov, ki jim jih posredujejo kemoreceptorji, pa tudi retikularna tvorba možganskega debla. Samodejna aktivnost DC nevronov je pod izrazitim prostovoljnim nadzorom, ki je sestavljen iz dejstva, da lahko oseba spreminja frekvenco in globino dihanja v širokem razponu.

Dejavnost dihalnega centra je v veliki meri odvisna od napetosti plinov v krvi in ​​koncentracije vodikovih ionov v njej. Vodilno vlogo pri določanju obsega pljučne ventilacije ima napetost ogljikovega dioksida v arterijski krvi, ki tako rekoč ustvarja zahtevo po zahtevani količini prezračevanja alveolov.

Vsebnost kisika in predvsem ogljikovega dioksida se ohranja na relativno konstantni ravni. Normalna vsebnost kisika v telesu se imenuje normoksija, pomanjkanje kisika v telesu in tkivih - hipoksija, in pomanjkanje kisika v krvi - hipoksemija. Povečanje napetosti kisika v krvi se imenuje hiperoksija.

Normalna vsebnost ogljikovega dioksida v krvi se imenuje normokapnija, povečanje vsebnosti ogljikovega dioksida - hiperkapnija, in zmanjšanje njegove vsebnosti - hipokapnija.

Normalno dihanje v mirovanju se imenuje eipneja. Hiperkapnijo, pa tudi znižanje pH krvi (acidozo), spremlja povečanje prezračevanja pljuč - hiperpneja, kar vodi do sproščanja odvečnega ogljikovega dioksida iz telesa. do povečanja prezračevanja pljuč pride zaradi povečanja globine in pogostosti dihanja.

Hipokapnija in zvišanje ravni pH v krvi vodita do zmanjšanja prezračevanja pljuč in nato do prenehanja dihanja - apneja.

Ogljikov dioksid, vodikovi ioni in zmerna hipoksija povzročajo povečano dihanje s povečanjem aktivnosti dihalnega centra, ki vplivajo na posebne kemoreceptorje. Kemoreceptorje, občutljive na povečanje napetosti ogljikovega dioksida in na zmanjšanje napetosti kisika, najdemo v karotidnih sinusih in v aortnem loku. Arterijski kemoreceptorji se nahajajo v posebnih majhnih telesih, ki so bogato oskrbljena z arterijsko krvjo. Karotidni kemoreceptorji so zelo pomembni za uravnavanje dihanja. Pri normalni vsebnosti kisika v arterijski krvi se impulzi zabeležijo v aferentnih živčnih vlaknih, ki segajo od karotidnih teles. Z zmanjšanjem napetosti kisika se frekvenca impulzov še posebej močno poveča. Poleg tega , aferentni vplivi iz karotidnih teles se povečajo s povečanjem arterijskega krvnega tlaka ogljikovega dioksida in koncentracije vodikovih ionov. Kemoreceptorji, zlasti karotidna telesa, obveščajo dihalni center o napetosti kisika in ogljikovega dioksida v krvi, ki se pošlje v možgane.

Centralne kemoreceptorje najdemo v podolgovati možgani, ki jih nenehno stimulirajo vodikovi ioni v cerebrospinalni tekočini. Bistveno spremenijo prezračevanje pljuč. Na primer, zmanjšanje pH cerebrospinalne tekočine za 0,01 spremlja povečanje pljučne ventilacije za 4 l / min.

Impulzi, ki prihajajo iz centralnih in perifernih kemoreceptorjev, so nujen pogoj za periodično aktivnost nevronov dihalnega centra in skladnost prezračevanja pljuč s plinsko sestavo krvi. Slednji je toga konstanta notranjega okolja telesa in se vzdržuje po principu samoregulacije z oblikovanjem funkcionalni dihalni sistem. Sistemski faktor tega sistema je plinska konstanta krvi. Vse spremembe v njem so dražljaji za vzbujanje receptorjev, ki se nahajajo v alveolah pljuč, v žilah, v notranjih organih itd. iz katerih je sestavljena reakcijska naprava. Njihovo kombinirano delovanje vodi k obnovitvi plinske konstante krvi. V proces obnavljanja te konstante niso vključeni le dihalni organi (zlasti tisti, ki so odgovorni za spreminjanje globine in frekvence dihanja), temveč tudi cirkulacijski organi, izločki in drugo, ki skupaj predstavljajo notranji člen samoregulacije. Po potrebi je vključena tudi zunanja povezava v obliki določenih vedenjskih reakcij, katerih cilj je doseganje splošnega koristnega rezultata - obnova plinske konstante krvi.

Prebava

V procesu vitalne aktivnosti telesa se hranila nenehno porabljajo, ki delujejo plastike in energija funkcijo. Telo ima stalno potrebo po hranilih, ki vključujejo: aminokisline, monosladkor, glicin in maščobne kisline. Sestava in količina hranil v krvi je fiziološka konstanta, ki jo vzdržuje funkcionalni prehranski sistem. Oblikovanje funkcionalnega sistema temelji na principu samoregulacije.

Vir hranilnih snovi je raznovrstna živila, sestavljena iz kompleksnih beljakovin, maščob in ogljikovih hidratov, ki se pretvorijo v enostavnejše snovi, ki se lahko absorbirajo med prebavo. Proces razgradnje kompleksnih hranil pod delovanjem encimov v preproste kemične spojine, ki se absorbirajo, prenašajo v celice in jih uporabljajo, se imenuje prebavo. Zaporedna veriga procesov, ki vodijo do razgradnje hranil v monomere, ki se lahko absorbirajo, se imenuje prebavni transporter. Prebavni transporter je kompleksen kemični transporter z izrazito kontinuiteto procesov predelave hrane v vseh oddelkih. Prebava je glavna sestavina funkcionalnega prehranskega sistema.

Proces prebave poteka v prebavnem traktu, ki je skupaj z žleznimi tvorbami prebavna cev. Prebavni trakt ima naslednje funkcije:

Motor ali motorna funkcija, izvedena zaradi muskulature prebavnega aparata in vključuje procese žvečenja v ustih, požiranja, premikanja himusa po prebavnem traktu in odstranjevanja neprebavljenih ostankov iz telesa.

Sekretorna funkcija sestoji iz proizvodnje prebavnih sokov z žleznimi celicami: slina, želodčni sok, sok trebušne slinavke, črevesni sok, žolč. Ti sokovi vsebujejo encime, ki razgradijo beljakovine, maščobe in ogljikove hidrate v preproste kemične spojine. Mineralne soli, vitamini, voda vstopijo v kri nespremenjeni.

Endokrina funkcija povezana s tvorbo določenih hormonov v prebavnem traktu, ki vplivajo na proces prebave. Ti hormoni vključujejo: gastrin, sekretin, holecistokinin-pankreozimin, motilin in številne druge hormone, ki vplivajo na motorične in sekretorne funkcije prebavil.

Izločevalna funkcija prebavnega trakta se izraža v tem, da prebavne žleze v votlino prebavnega trakta izločajo presnovne produkte, na primer amoniak, sečnino itd., soli težkih kovin, zdravilne snovi, ki se nato odstranijo iz telesa.

Funkcija sesanja. Absorpcija je prodiranje različnih snovi skozi steno prebavil v kri in limfo. Absorpcija so predvsem produkti hidrolitične razgradnje hrane - monosaharidi, maščobne kisline in glicerin, aminokisline itd. Glede na lokalizacijo procesa prebave jo delimo na znotrajcelično in zunajcelično.

Intracelularna prebava - gre za hidrolizo hranil, ki pridejo v celico kot posledica fagocitoze ali pinocitoze. Ta hranila hidrolizirajo celični (lizosomski) encimi bodisi v citosolu bodisi v prebavni vakuoli, na membrani katere so fiksirani encimi. V človeškem telesu znotrajcelična prebava poteka v levkocitih in v celicah limfo-retikulo-histiocitnega sistema.

Zunajcelična prebava delimo na oddaljene (votline) in kontaktne (parietalne, membranske).

Oddaljeno(votlina) prebavo za katero je značilno, da encimi v prebavnih izločkih hidrolizirajo hranila v votlinah gastrointestinalnega trakta. Imenuje se oddaljeno, ker se sam proces prebave izvaja na precejšnji razdalji od mesta nastanka encimov.

Kontakt(parietalni, membranski) prebavo izvajajo encimi, pritrjeni na celično membrano. Strukture, na katerih so fiksirani encimi, so prisotne v tankem črevesu glikokaliks - retikularna tvorba iz procesov membrane mikrovilov. Sprva se hidroliza hranilnih snovi začne v lumnu tankega črevesa pod vplivom encimov trebušne slinavke. Nato nastali oligomeri hidrolizirajo v coni glikokaliksa s pomočjo encimov trebušne slinavke, ki so tu adsorbirani. Neposredno na membrani s hidrolizo nastalih dimerov nastanejo črevesni encimi, pritrjeni na njej. Ti encimi se sintetizirajo v enterocitih in se prenesejo na membrane njihovih mikroresic. Prisotnost gub, resic, mikroresic v sluznici tankega črevesa poveča notranjo površino črevesja za 300-500 krat, kar zagotavlja hidrolizo in absorpcijo na ogromni površini tankega črevesa.

Glede na izvor encimov je prebava razdeljena na tri vrste:

avtolitično - poteka pod vplivom encimov, ki jih vsebuje hrana;

simbiotično - pod vplivom encimov, ki tvorijo simbionte (bakterije, protozoe) makroorganizma;

lasten - izvajajo encimi, ki se sintetizirajo v tem makroorganizmu.

Prebava v želodcu

Funkcije želodca. Prebavne funkcije želodca so:

Odlaganje himusa (vsebine želodca);

Mehanska in kemična obdelava vhodne hrane;

Evakuacija himusa v črevesje.

Poleg tega želodec opravlja homeostatsko funkcijo (na primer ohranja pH itd.) in je vključen v hematopoezo (proizvodnja notranjega faktorja Castle).

Endokrina funkcija ledvic

V ledvicah se proizvaja več biološko aktivnih snovi, zaradi katerih ga lahko obravnavamo kot endokrini organ. Zrnate celice jukstaglomerularnega aparata izločajo renin v kri, ko se zniža krvni tlak v ledvicah, zmanjša vsebnost natrija v telesu in ko se človek premakne iz vodoravnega položaja v navpični. Stopnja sproščanja renina iz celic v kri se spreminja tudi glede na koncentracijo Na + in C1- v območju gostega mesta distalnega tubula, kar zagotavlja uravnavanje elektrolitskega in glomerularno-tubularnega ravnovesja. Renin se sintetizira v granularnih celicah jukstaglomerularnega aparata in je proteolitični encim. V krvni plazmi se odcepi od angiotenzinogena, ki je predvsem v frakciji α2-globulina, fiziološko neaktivnega peptida, sestavljenega iz 10 aminokislin, angiotenzina I. V krvni plazmi se pod vplivom encima za pretvorbo angiotenzina 2 aminokislini. se odcepi od angiotenzina I in se pretvori v aktivno vazokonstriktorsko snov angiotenzin II. Poveča krvni tlak zaradi vazokonstrikcije, poveča izločanje aldosterona, poveča žejo in uravnava reabsorpcijo natrija v distalnih tubulih in zbiralnih kanalih. Vsi ti učinki prispevajo k normalizaciji krvnega volumna in krvnega tlaka.

V ledvicah se sintetizira aktivator plazminogena, urokinaza. V meduli ledvic nastajajo prostaglandini. Sodelujejo predvsem pri uravnavanju ledvičnega in splošnega pretoka krvi, povečajo izločanje natrija z urinom in zmanjšajo občutljivost tubularnih celic na ADH. Ledvične celice izločijo iz krvne plazme prohormon, ki nastane v jetrih – vitamin D3, in ga pretvorijo v fiziološko aktiven hormon – aktivne oblike vitamina D3. Ta steroid spodbuja tvorbo proteina, ki veže kalcij, v črevesju, spodbuja sproščanje kalcija iz kosti in uravnava njegovo reabsorpcijo v ledvičnih tubulih. Ledvice so mesto proizvodnje eritropoetina, ki spodbuja eritropoezo v kostnem mozgu. Ledvice proizvajajo bradikinin, ki je močan vazodilatator.

Ledvična presnovna funkcija

Ledvice sodelujejo pri presnovi beljakovin, lipidov in ogljikovih hidratov. Ne smete zamenjevati pojma "ledvična presnova", torej proces presnove v njihovem parenhimu, zaradi katerega se izvajajo vse oblike ledvične aktivnosti, in "metabolična funkcija ledvic". Ta funkcija je posledica sodelovanja ledvic pri zagotavljanju konstantne koncentracije v krvi številnih fiziološko pomembnih organskih snovi. V ledvičnih glomerulih se filtrirajo beljakovine in peptidi z nizko molekulsko maso. Celice proksimalnega nefrona jih razgradijo na aminokisline ali dipeptide in jih prenašajo skozi bazalno plazemsko membrano v kri. To prispeva k obnavljanju zalog aminokislin v telesu, kar je pomembno pri pomanjkanju beljakovin v prehrani. Pri bolezni ledvic je ta funkcija lahko oslabljena. Ledvice so sposobne sintetizirati glukozo (glukoneogeneza). Pri dolgotrajnem postu lahko ledvice sintetizirajo do 50% celotne količine glukoze, ki nastane v telesu in vstopi v kri. Ledvice so mesto sinteze fosfatidilinozitola, bistvene sestavine plazemskih membran. Ledvice lahko za energijo uporabljajo glukozo ali proste maščobne kisline. Pri nizki ravni glukoze v krvi ledvične celice v večji meri porabljajo maščobne kisline, pri hiperglikemiji se glukoza pretežno razgradi. Pomen ledvic pri presnovi lipidov je v tem, da se proste maščobne kisline lahko vgradijo v ledvičnih celicah v sestavo triacilglicerola in fosfolipidov ter vstopijo v kri v obliki teh spojin.

Načela uravnavanja reabsorpcije in izločanja snovi v celicah ledvičnih tubulov

Ena od značilnosti ledvic je njihova sposobnost spreminjanja v širokem razponu intenzivnosti transporta različnih snovi: vode, elektrolitov in neelektrolitov. To je nepogrešljiv pogoj, da ledvice izpolnijo svoj glavni namen - stabilizirati glavne fizikalne in kemijske kazalnike tekočin notranjega okolja. Širok razpon sprememb v hitrosti reabsorpcije vsake od snovi, ki so potrebne za filtriranje telesa v lumen tubulov, zahteva obstoj ustreznih mehanizmov za uravnavanje celičnih funkcij. Delovanje hormonov in mediatorjev, ki vplivajo na transport ionov in vode, določajo spremembe funkcij ionskih ali vodnih kanalov, nosilcev in ionskih črpalk. Obstaja več različic biokemičnih mehanizmov, s katerimi hormoni in mediatorji uravnavajo transport snovi po celici nefrona. V enem primeru se aktivira genom in poveča sinteza specifičnih proteinov, ki so odgovorni za izvajanje hormonskega učinka, v drugem primeru pa pride do spremembe prepustnosti in delovanja črpalke brez neposredne udeležbe genoma.

Primerjava značilnosti delovanja aldosterona in vazopresina nam omogoča, da razkrijemo bistvo obeh variant regulativnih vplivov. Aldosteron poveča reabsorpcijo Na+ v ledvičnih tubularnih celicah. Iz zunajcelične tekočine aldosteron prodre skozi bazalno plazemsko membrano v citoplazmo celice, se poveže z receptorjem in nastali kompleks vstopi v jedro (slika 12.11). V jedru se stimulira od DNK odvisna sinteza tRNA in aktivira se tvorba proteinov, potrebnih za povečanje transporta Na+. Aldosteron stimulira sintezo komponent natrijeve črpalke (Na +, K + -ATPaza), encimov cikla trikarboksilne kisline (Krebs) in natrijevih kanalčkov, po katerih Na + vstopa v celico skozi apikalno membrano iz lumna tubula. V normalnih fizioloških pogojih je eden od dejavnikov, ki omejujejo reabsorpcijo Na +, prepustnost Na + apikalne plazemske membrane. Povečanje števila natrijevih kanalčkov ali časa njihovega odprtega stanja poveča vstop Na+ v celico, poveča vsebnost Na+ v njeni citoplazmi in spodbudi aktivni transport Na+ in celično dihanje.

Povečanje izločanja K + pod vplivom aldosterona je posledica povečanja kalijeve prepustnosti apikalne membrane in pretoka K iz celice v lumen tubula. Povečanje sinteze Na +, K + -ATPaze pod delovanjem aldosterona zagotavlja povečan pretok K + v celico iz zunajcelične tekočine in spodbuja izločanje K +.

Poglejmo še eno različico mehanizma celičnega delovanja hormonov na primeru ADH (vazopresin). Vzajemno deluje s strani zunajcelične tekočine z receptorjem V2, lokaliziranim v bazalni plazemski membrani celic končnih delov distalnega segmenta in zbiralnih kanalov. S sodelovanjem G-proteinov se aktivira encim adenilat ciklaza in iz ATP nastane 3 ", 5" -AMP (cAMP), ki stimulira protein kinazo A in vgradnjo vodnih kanalčkov (akvaporinov) v apikalno membrano. To vodi do povečanja prepustnosti vode. Nadalje, cAMP uniči fosfodiesteraza in se spremeni v 3 "5" -AMP.

15362 0

Pomemben vidik delovanja ledvic, ki je bil prej podcenjen, je njihova vpletenost v homeostazo beljakovin, ogljikovih hidratov in lipidov. Vpletenost ledvic v presnovo organskih snovi nikakor ni omejena z zmožnostjo reabsorbcije teh spojin ali izločanja njihovega presežka. V ledvicah nastajajo novi in ​​različni peptidni hormoni, ki krožijo v krvi in ​​se porabljajo različni peptidni hormoni, porabljajo se organske snovi z nizko molekulsko maso (glukoza, aminokisline, proste maščobne kisline itd.) in nastaja glukoza (glukoneogeneza), procesi pretvorbe aminokislin, na primer glicina v serin, potrebnih za sintezo fosfatidilserina, ki sodeluje pri tvorbi in izmenjavi plazemskih membran v različnih organih.

Treba je razlikovati med pojmoma "presnova ledvic" in "metabolična funkcija ledvic". Presnova, presnova v ledvicah, zagotavlja izpolnjevanje vseh njegovih funkcij. Ta razdelek ne bo obravnaval vprašanj, povezanih z značilnostmi biokemičnih procesov ledvičnih celic. Govorili bomo le o nekaterih vidikih delovanja ledvic, ki zagotavljajo eno njegovih najpomembnejših homeostatskih funkcij, povezano z vzdrževanjem stabilne ravni številnih komponent presnove ogljikovih hidratov, beljakovin in lipidov v tekočinah notranjega okolja.

Sodelovanje pri presnovi beljakovin

Že prej je bilo omenjeno, da je filtrirna membrana glomerula praktično neprepustna za albumine in globuline, vendar se peptidi z nizko molekulsko maso prosto filtrirajo skozi njo. Tako v tubule neprekinjeno vstopajo hormoni – inzulin, vazopresin, PG, ACTH, angiotenzin, gastrin itd.. Razcepitev teh fiziološko aktivnih peptidov na aminokisline ima dvojni funkcionalni pomen – aminokisline, ki se uporabljajo za sintezne procese v različnih organih in tkiva vstopijo v krvni obtok, telo pa se sproti sprošča iz biološko aktivnih spojin, ki vstopajo v krvni obtok, kar izboljša natančnost regulacijskih vplivov.

Zmanjšanje funkcionalne sposobnosti ledvic, da odstranijo te snovi, vodi do dejstva, da se pri odpovedi ledvic lahko pojavi hipergasprinemija, pojavi se presežek PG v krvi (poleg povečanja njegovega izločanja). Zaradi upočasnitve inaktivacije insulina v ledvicah pri sladkornih bolnikih z razvojem ledvične odpovedi se lahko potreba po insulinu zmanjša. Kršitev procesa reabsorpcije in cepitve beljakovin z nizko molekulsko maso vodi do pojava tubularne proteinurije. Pri NS, nasprotno, proteinurijo povzroča povečana filtracija beljakovin; beljakovine z nizko molekulsko maso se še vedno reabsorbirajo, albumin in beljakovine z veliko molekulsko maso pa vstopijo v urin.

Tubularna reabsorpcija posameznih aminokislin, cepitev in reabsorpcija polipeptidov, absorpcija beljakovin z endocitozo - vsak od teh procesov je nasičen, torej ima svojo vrednost Tm. To potrjuje idejo o razliki v mehanizmih absorpcije nekaterih kategorij beljakovin. Bistvena je visoka hitrost filtracije v glomerulih denaturiranega albumina v primerjavi z naravnim albuminom. Zelo verjetno je, da to služi kot eden od mehanizmov izločanja iz krvi, cepitve tubulov s celicami in uporabe aminokislin tistih beljakovin, ki so se spremenile, postale funkcionalno okvarjene. Obstajajo informacije o možnosti ekstrakcije nekaterih beljakovin in polipeptidov s celicami nefronov iz peritubularne tekočine in njihovega kasnejšega katabolizma. Ti vključujejo zlasti insulin in β2-μ-globulin.

Tako imajo ledvice pomembno vlogo pri razgradnji nizko molekularnih in spremenjenih (vključno z denaturiranimi) beljakovin. To pojasnjuje pomen ledvic pri obnavljanju zalog aminokislin za celice organov in tkiv, pri hitrem izločanju fiziološko aktivnih snovi iz krvi in ​​ohranjanju njihovih sestavin za telo.

Sodelovanje pri presnovi ogljikovih hidratov

Skupaj s filtracijo in reabsorpcijo filtrirane glukoze ledvice ne le porabljajo v presnovnem procesu, ampak so sposobne tudi znatno proizvodnjo glukoze. V normalnih pogojih je hitrost teh procesov enaka. Izraba glukoze za proizvodnjo energije v ledvicah predstavlja približno 13 % celotne porabe kisika v ledvicah. Glukoneogeneza poteka v ledvični skorji, največja aktivnost glikolize pa je značilna za njeno medulo. V procesu presnove v ledvicah se lahko glukoza oksidira v CO2 ali pretvori v mlečno kislino. Homeostatski pomen vodilnih biokemičnih poti za pretvorbo glukoze v ledvicah lahko pokažemo na primeru presnove glukoze pri premikih kislinsko-baznega ravnovesja.

Pri kronični metabolni alkalozi se poraba glukoze v ledvicah večkrat poveča v primerjavi s kronično metabolno acidozo. Bistveno je, da oksidacija glukoze ni odvisna od kislinsko-bazičnega ravnovesja, povečanje pH pa spodbuja premik reakcij v smeri tvorbe mlečne kisline.

Ledvice imajo zelo aktiven sistem proizvodnje glukoze; intenzivnost glukoneogeneze, preračunana na 1 g mase bale, je veliko večja kot v jetrih. Presnovna funkcija ledvic, povezana z njeno udeležbo pri presnovi ogljikovih hidratov, se kaže v tem, da med dolgotrajnim postom ledvice tvorijo polovico celotne količine glukoze, ki vstopa v kri. Preoblikovanje kislih predhodnikov, substratov v glukozo, ki je nevtralna snov, hkrati prispeva k uravnavanju pH krvi. Pri alkalozi je po drugi strani zmanjšana glukoneogeneza iz kislih substratov. Odvisnost hitrosti in narave glukoneogeneze od pH vrednosti razlikuje presnovo ogljikovih hidratov v ledvicah od presnove v jetrih.

V ledvicah je sprememba hitrosti tvorbe glukoze povezana s spremembo aktivnosti številnih encimov, ki igrajo ključno vlogo pri glukoneogenezi. Med njimi je treba najprej omeniti fosfoenolpiruvat karboksikinazo, piruvat karboksilazo, glukozo-6-fosfatazo itd.

Še posebej pomembno je, da je telo sposobno lokalne spremembe aktivnosti encimov med generaliziranimi reakcijami. Torej, pri acidozi se aktivnost fosfonolpiruvat karboksikinaze poveča le v ledvični skorji; v jetrih se aktivnost istega encima ne spremeni. V pogojih acidoze v ledvicah se glukoneogeneza poveča predvsem iz tistih predhodnikov, ki sodelujejo pri tvorbi oksaloocetne kisline (oksalacetata). S pomočjo fosfoenolpiruvat karboksikinaze se pretvori v fosfoenolpiruvat (v nadaljevanju d-gliceraldehid-3 PO4, fruktoza-1,6-difosfat, fruktoza-6 PO4); končno glukoza-6 PO4, iz katere se s pomočjo glukoza-6-fosfataze sprosti glukoza.

Bistvo aktivacije ključnega encima, ki pospešuje tvorbo glukoze med acidozo, fosfoenolpiruvat karboksikinaze, očitno leži v tem, da se med acidozo monomerne oblike tega encima pretvorijo v aktivno dimerno obliko in proces uničenja encima je upočasnjen.

Hormoni (PG, glukagon) in mediatorji, ki povečajo tvorbo cAMP v tubularnih celicah, imajo pomembno vlogo pri uravnavanju hitrosti glukoneogeneze v ledvicah. Ta mediator pospešuje transformacijo številnih substratov v mitohondrijih (glutamin, sukcinat, laktat itd.) v glukozo. Velik pomen pri regulaciji je vsebnost ioniziranega kalcija, ki sodeluje pri povečanju mitohondrijskega transporta številnih substratov, ki zagotavljajo tvorbo glukoze.

Preoblikovanje različnih substratov v glukozo, ki vstopi v splošni krvni obtok in je na voljo za uporabo v različnih organih in tkivih, kaže, da imajo ledvice pomembno funkcijo, povezano s sodelovanjem v energijskem ravnovesju telesa.

Intenzivna sintetična aktivnost nekaterih ledvičnih celic je odvisna predvsem od stanja presnove ogljikovih hidratov. V ledvicah je visoka aktivnost glukoza-6-fosfat dehidrogenaze značilna za celice macula densa, proksimalnega tubula in dela Henlejeve zanke. Ta encim ima ključno vlogo pri oksidaciji glukoze s heksozno-monofosfatnim šantom. Aktivira se, ko se vsebnost natrija v telesu zmanjša, kar vodi zlasti do intenziviranja sinteze in izločanja renina.

Izkazalo se je, da so ledvice glavni organ oksidativnega katabolizma inozitola. V njem se mio-inozitol oksidira v ksilulozo in nato skozi vrsto stopenj v glukozo. V ledvičnem tkivu se sintetizira fosfatidilinozitol - bistvena sestavina plazemskih membran, ki v veliki meri določa njihovo prepustnost. Sinteza glukuronske kisline je pomembna za tvorbo kislih mukopolisaharidov; veliko jih je v intersticiju notranje medule ledvice, ki je bistvenega pomena za proces osmotskega redčenja in koncentracije urina.

Sodelovanje pri presnovi lipidov

Proste maščobne kisline izločajo iz krvi ledvice in njihova oksidacija je bistvena za delovanje ledvic. Ker so proste maščobne kisline vezane v plazmi z albuminom, se ne filtrirajo, ampak vstopijo v nefronske celice s strani zunajcelične tekočine; prenos skozi membrano (celice so povezane s posebnim transportnim mehanizmom. Oksidacija teh spojin poteka bolj v ledvični skorji kot v njeni meduli.

Poleg sodelovanja prostih maščobnih kislin pri energetski presnovi ledvice se v njej pojavljajo tudi triacilgliceroli. Proste maščobne kisline se hitro vključijo v ledvične fosfolipide, ki igrajo pomembno vlogo v različnih transportnih procesih. Vloga ledvic pri presnovi lipidov je, da so proste maščobne kisline v njenem tkivu vključene v sestavo triacilglicerolov in fosfolipidov in v obliki teh spojin sodelujejo v cirkulaciji.

Klinična nefrologija

ur. JEJ. Tareeva