29Обмен воды и минеральных солей. Обмен энергии.

Вода является составной частью всех клеток и тканей и в организме находится в виде солевых растворов. Тело взрослого человека на 50-65% состоит из воды, у детей — на 80% и более.

Лишение организма воды и минеральных солей вызывает тяжелые нарушения и смерть. Полное голодание, но при приеме воды переносится человеком в течение 40-45 суток, без воды — лишь 5-7 дней. При минеральном голодании, несмотря на достаточное поступление в организм других питательных веществ и воды, у жи­вотных наблюдались потеря аппетита, отказ от еды, исхудание и смерть.

При обычной температуре и влажности внешней среды суточный водный баланс взрослого человека составляет 2.2-2.8 л. Организм теряет в сутки примерно 1.5 л с мочой, 400-600 мл с потом, 350-400 мл с выдыхаемым воздухом и 100-150 мл с испражнениями.

Обмен минеральных солей в организме имеет большое значение для его жизнедеятельности. Они находятся во всех тканях, составляя примерно 0.9%общей массы тела человека.

В состав клеток входят многие минеральные вещества (калий, кальций, натрий, фос­фор, магний, железо, йод, сера, хлор и другие). Физиологическое значение минеральных солей многообразно. Они составляют основную массу костной ткани, определяют уровень осмотического давления, участвуют в образовании буферных систем и и влияют на обмен веществ. Велика роль минеральных веществ в процессах возбуждения нервной и мышечной тканей, в возникновении электрических потенциалов в клетках, а также в свертывании крови и переносе ею кислорода. Витамины делят на водорастворимые (группа В, С, Р и др.) и жирорастворимые (А,Д, Е, К). Достаточное поступление витаминов в организм зависит от правильного рациона питания и нормальной функции процессов пищеварения; некоторые витамины (К, В12) синтезируются бактериями в кишечнике.

В организме должен поддерживаться энергетический баланс поступления и расхода энергии. Живые организмы получают энергию в виде ее потенциальных запасов, аккумулированных в химических связях молекул углеводов, жиров и белков. В процессе биологического окисления эта энергия высвобождается и используется прежде всего для синтеза АТФ.

Запасы АТФ в клетках невелики, поэтому они должны постоянно восстанавливаться. Этот процесс осуществляется путем окисления питательных веществ. Запас энергии в пище выражается ее калорийностью.

В зависимости от активности организма и воздействий на него факторов внешней среды различают три уровня энергетического обмена:

-основной обмен, количество энергии, которое организм затрачивает для поддержания температуры тела и минимально необходимого для жизни клеток уровня окислтельных процессов при условии полного мышечного покоя.

- энерготраты в состоянии покоя

-и энерготраты при различных видах труда

Регуляция и интеграция обмена веществ

Центральной структурой регуляции обмена веществ и энергии является гипоталамус. В гипоталамусе локализованы ядра и центры регуляции голода и насыщения, осморегуляции и энергообмена.

В ядрах гипоталамуса осуществляется анализ состояния внутренней среды организма и формируются управляющие сигналы, которые посредством эфферентных систем приспосабливают ход метаболизма потребностям организма.

Эфферентными звеньями системы регуляции обмена являются симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы и эндокринная система.

Воздействие гипоталамуса на обмен белков осуществляется через систему гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа.

Регуляторная роль гипоталамуса в жировом обмене связана с функцией серого бугра. Влияние гипоталамуса на обмен жиров опосредовано изменением гормональной функции гипофиза, щитовидной и половых желез.

На углеводный обмен гипоталамус воздействует через симпатическую нервную систему. Симпатические влияния усиливают функцию мозгового слоя надпочечников, выделяющего адреналин, который стимулирует мобилизацию гликогена из печени и мышц. Главными гуморальными факторами регуляции углеводного обмена являются гормоны коры надпочечников и поджелудочной железы (глюкокортикоиды, инсулин и глюкагон). Глюкокортикиоды (кортизон, гидрокортизон) оказывают ингибирующее (тормозящее) воздействие на глюкокиназную реакцию печени, снижая уровень глюкозы в крови. Инсулин способствует утилизации сахара клетками, а глюкагон усиливает мобилизацию гликогена, его расщепление и увеличение содержания глюкозы в крови.

В гипотеыамусе расположены нервные центры, регулирующие водно-солевой обмен. Здесь же находятся и осморецепторы, раздражение которых рефлекторно влияет на водно-солевой обмен, обеспечивая постоянство внутренней среды организма. Энергетический обмен в организме регулируется нервной и эндокринной системами.

Интеграция обмена веществ Все процессы обмена углеводов, жиров и белков, происходящие в организме, тесно взаимосвязаны и представляют единое целое.

Взаимосвязь обменов белков, жиров и углеводов основана на следующих принципах:

Наличие общего источника энергии (АТФ), который вырабатывается в процессе катаболизма и затрачивается на анаболические процессы.

Общность промежуточных продуктов, так, продукты центральных путей катаболизма становятся субстратами для анаболических реакций.

Общность конечных путей превращения веществ. Ацетил-КоА, образовавшийся из многих веществ (белков, липидов, углеводов), подвергается окислению в цикле Кребса до СО2 и НО. В цикле Кребса образуется 4 метаболита — яблочная, изолимонная, а-кетоглютаровая и янтарная кислоты, посредством дальнейшего превращения которых происходит сопряжение

цикла с биологическим окислением, где в результате окислительного фосфорилирования синтезируется АТФ.

.31 Почки и их функции. Почка это орган бобовидной формы, весом 120-200 г., располагается в поясничной области забрюшинно (ретроперитонеаль-но). Имеет верхний и нижний полюса , заднюю и переднюю поверхности , медиальный и латеральный края и окружена собственной фиброзной оболочкой, которая легко отделяется от вещества почки. В почке различают мозговое вещество в виде перевернутой пирамиды и корковое вещество, которое располагается по периферии и вдается между пирамидами в виде столбов.

Главной и жизненно необходимой является экскреторная функция почек. Особое значение имеет выделение продуктов обмена белков — мочевины, мочевой кислоты, креатинина. Почкой выводятся гормоны и продукты их распада, лекарственные вещества, избыток питательных веществ, вода. Экскреторная функция почки выполняется в процессе мочеобразования, которое осуществляется с помощью фильтрации, секреции и реабсорбции.

Фильтрация — это процесс (и механизм) перехода веществ из крови клубочковых капилляров в капсулу Шумлянского—Боумена.

Секреция. Этот термин используется в двух значениях: 1) транспорт подлежащих удалению веществ в просвет канальца из интерстиция почки или непосредственно из клеток почечного эпителия; при этом выполняется, как и при фильтрации, экскреторная функция почки;

2) транспорт БАВ, синтезированных в клетках почки, в интерстиции и в кровь (инкреторная функция). Секреция при выполнении выделительной функции почек (выведение из организма ненужных или токсичных веществ) осуществляется первично-активно, т.е. с непосредственной затратой энергии, причем практически во всех отделах нефрона.

Реабсорбция — возврат веществ из просвета канальцев в интерстиций и в кровь — обеспечивает сохранение необходимых организму веществ. Осуществляется также во всех отделах канальца нефрона, однако с различной степенью активности.

Почка участвует в метаболических процессах организма.

В почке достаточно активно идет глюконеогенез, и особенно при голодании, когда 50 % глюкозы, поступающей в кровь, образуется в почке.

Роль почки в обмене белков заключается в том, что она расщепляет белки, реабсорбируемые из первичной мочи с помощью пиноцитоза. В почке синтезируются важные компоненты клеточных мембран — фосфатидилинозитол, глюкуроновая кислота, триацилглинериды, фосфолипиды; все они поступают в кровь.

Почка участвует в регуляции различных показателей организма: рН, осмотического давления, АД, постоянства ионного состава плазмы крови

Защитная функция почки заключается в том, что она обезвреживает, благодаря SH-группе, трипептид глутадион (содержится в клетках нефрона), чужеродные яды и ядовитые вещества.

. Процесс мочеобразования и его регуляция. Гомеостатическая функция почек.

Мочеобразование осуществляется за счет трех последовательных процессов:

1) клубочковой фильтрации (ультрафильтрации) воды и низкомолекулярных компонентов из плазмы крови в капсулу почечного клубочка с образованием первичной мочи;

2) канальцевой реабсорбции - процесса обратного всасывания профильтровавшихся веществ и воды из первичной мочи в кровь; Первичная моча превращается в конечную благодаря процессам, которые происходят в почечных канальцах и собирательных бочках. В почке человека за сутки образуется 150 - 180 л фильма, или первичной мочи, а выделяется 1,0-1,5 л мочи. Остальная жидкость всасывается в канальцах и собирательных трубочках.

3) канальцевой секреции - процесса переноса из крови в просвет канальцев ионов и органических веществ.

Механизмы регуляции мочеобразования обычны, однако главным является гормональный.

Регуляция фильтрации

Роль системного АД невелика, так как его колебания в пределах 80—180 мм рт. ст. практически не сопровождаются изменением капиллярного давления, а значит, и ФД.

Роль адреналина. Низкие концентрации адреналина увеличивают фильтрацию и диурез, а высокие его концентрации уменьшают фильтрацию и снижают мочеобразование вплоть до анурии. С нашей точки зрения, наиболее вероятной причиной разнонаправленного влияния различных доз адреналина на сосуды почек является неодинаковая чувствительность а- и р*-адренорецепторов к адреналину (см. п. 11.8) — низкие дозы адреналина расширяют сосуды, высокие — суживают их во всех органах.

Возбуждение симпатической нервной системы уменьшает фильтрацию вследствие спазма сосудов почечных клубочков, в результате активации их а-адренорецепторов.

Роль блуждающего нерва изучена недостаточно.

Натрийуретический гормон увеличивает фильтрацию, так как он расширяет сосуды, повышает кровоток в почках и увеличивает проницаемость сосудов.

Регуляция канальцевой секреции. Усиливают секрецию органических веществ в проксимальных канальцах соматотропин, йодсодержащие гормоны щитовидной железы и андрогены.

Альдостерон, увеличивая реабсорбцию Na+, одновременно стимулирует процесс секреции в канальцах нефрона ионов К+ и Н+. Увеличивают секрецию К"1" и выведение его из организма плазмакинины.

Усиление импульсации в парасимпатических нервах ведет к увеличению секреции органических кислот. Роль симпатической нервной системы не очень ясна.

.Мочевыделение и мочеиспускание.

Выведение мочи.Наполнение мочевого пузыря. В процессе мочеобразования моча продвигается по всем отделам не-фрона благодаря деятельности сердца, создающего фильтрационное давление около 15 мм рт. ст., под действием кото­рого моча начинает двигаться в капсу­ле Шумлянского—Боумена. Моча из собирательных трубок по выво­дным протокам поступает в чашечки, а из них — в лоханку, которая обладает ав-томатией — периодически сокращается и расслабляется. Заполнение лоханки во время ее расслабления (диастола) длится 4 с, а опорожнение лоханки вслед­ствие сокращения гладкой мускулатуры (систола) — Зс, при этом порция мочи выдавливается в мочеточник.

Моча по мочеточнику движется вследствие на­личия градиента давления, создаваемого систолой лоханки, и распространения по мочеточнику перистальтической волны, При этом сокращение вышеле­жащего участка сопровождается рассла­блением нижележащего на всем протя­жении мочевыводящих путей.

Парасимпатическая ин­нервация верхней части мочеточ­ников осуществляется из блуждающего нерва, нижней части — из тазового не­рва; возбуждение парасимпатических волокон ведет к усилению сокращений стенок мочеточников.

Симпатическая иннерва­ция мочеточников осуществляется из почечного, мочеточникового и нижнего подчревного сплетений, ее активация 32Функциональная единица почки, ее характеристика.

Функциональная единица почки — нефрон.

Он начинается с почечного (мальпигиева) тельца — клубочка, представляющего собой клубочек капилляров, окутанный капсулой Шумлянского—Боумена (совокупность капилляров и капсулы). Капилляры клубочка являются разветвлениями приносящей артериолы. Каждый клубочек включает 30—50 капиллярных петель, которые сливаются в единый сосуд, выходящий из клубочка в виде выносящей артериолы. Капсула Шумлянского—Боумена двухслойная. Внутренний слой ее в виде слепого конца эпителиального канальца покрывает капилляры клубочка, а наружная стенка капсулы (ее внешний диаметр 0,2 мм) образует небольшую полость вокруг клубочка и переходит в следующий элемент нефрона — проксимальный извитой каналец.

Продолжением последнего является петля нефрона (петля Генле), имеющая нисходящую и восходящую части и работающая как одно целое в комплексе с собирательной трубкой.

Восходящее колено поднимается до уровня клубочка своего же нефрона, где оно продолжается в виде дистального извитого канальца, впадающего в конечный отдел нефрона — собирательную трубку.

В последнюю впадают дистальные извитые канальцы многих нефронов. Собирательные трубки уже в корковом слое почки начинают сливаться в более крупные трубки, опускаются в мозговой слой, продолжая объединяться в еще более крупные выводные протоки, которые открываются в почечные лоханки. Длина собирательных трубок составляет около 22 мм из общей длины нефрона (50—70 мм). Общая длина всех канальцев в двух почках — около 170 км. В каждой почке около 1 млн нефронов, и только около 250 больших собирательных трубок опорожняются в почечную лоханку. Это значит, что каждая из этих трубок собирает мочу примерно из 4 тыс. нефронов, располагающихся в разных ее слоях.

Различают корковые нефроны (среди них суперфициальные, т.е. поверхностные, — около 20-30 %, и интракортикальные — 60—70 %) и юкстамедуллярные нефроны — самые малочисленные (10—15 %).

Главную роль в мочеобразователъной функции почки играют корковые нефроны, так как от них зависит количество первичной мочи.

Юкстамедуллярные нефроны с их длинной петлей играют главную роль в формировании высокого осмотического давления в мозговом веществе почки и объема конечной мочи.

. Функции различных отделов нефрона.

Роль почечных клубочков состоит в образовании первичной мочи, что осуществляется с помощью фильтрации плазмы крови, проходящей по капиллярам клубочка в корковом веществе почек.

Факторы, определяющие состав первичной мочи:

Состав плазмы крови. Первичная моча— это плазма крови, лишенная белков (форменные элементы и белки не проходят через фильтрующую

мембрану).

Проницаемость фильтрующей мембраны, которая, в свою очередь, определяется размером ее пор и самих частиц.

Роль проксимальных извитых канальцев в мочеобразовательнои функции почки.

Главная функция — реабсорбция из первичной мочи необходимых организму веществ.

Реабсорбируется фактически та же плазма крови, лишенная белков, которая профильтровалась в капсулу Щумлянского—Боумена

Полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины и микроэлементы, белки, которые в малых количествах попадают в первичную мочу, пептиды; почти полностью реабсорбируются фосфаты, сульфаты, основная часть бикарбоната

Вещества по степени их реабсорбции делят на пороговые и беспороговые. Пороговые вещества обычно реабсорбируются полностью и выводятся из организма лишь при высокой их концентрации в плазме крови

Беспороговые вещества выводятся из организмапри любой их концентрации в плазме крови

Главная функция петли нефрона (петли Генле) — создание высокого осмотического давления в мозговом веществе почки. Эту функцию выполняют главным образом юкстамедуллярные нефроны, петля которых пронизывает весь мозговой слой почки.

. Высокое осмотическое давление создается петлей нефрона благодаря тому, что она работает как поворотно-противоточная система, элементом которой является также и собирательная трубка.

Роль дистальных извитых канальцев в мочеобразовании.

Они полностью расположены в корковом слое, и по физиологическим свойствам начальный их отдел подобен толстой части восходящего колена петли Генле — непроницаем для воды и не регулируется АДГ, а конечный— подобен собирательной трубке. Функция этой части дистальных канальцев, как и собирательных трубок, регулируется АДГ. Альдостерон регулирует функцию всех отделов канальца нефрона, но дистальная часть нефрона — наиболее важная мишень для этого гормона.

Роль собирательных трубок. В собирательных трубках завершается формирование небольшого количества (около 1,5л) концентрированной конечной мочи, что обеспечивается работой петли нефрона, создающей высокое осмотическое давление в мозговом слое почки. В собирательных трубках реабсорбируются вода, электролиты, мочевина.

Реабсорбция воды --это главная причина концентрирования конечной мочи. В собирательных трубках реабсорбируется около 8 % от общего объема фильтрата.

Количество реабсорбируемой воды определяется АДГ — это факультативная реабсорбция. При отсутствии АДГ выделяется около 15л мочи в сутки (в клинике это называют «несахарным мочеизнурением»).