Водно-солевой обмен. Биохимия почек и мочи

Концентрация кальция во внеклеточной жидкости в норме поддерживается на строго постоянном уровне, редко повышаясь или снижаясь на несколько процентов относительно нормальных величин, составляющих 9,4 мг/дл, что эквивалентно 2,4 ммоль кальция на литр. Такой строгий контроль очень важен в связи с основной ролью кальция во многих физиологических процессах, включая сокращение скелетных, сердечной и гладких мышц, свертывание крови, передачу нервных импульсов. Возбудимые ткани, в том числе нервная, очень чувствительны к изменениям концентрации кальция, и увеличение концентрации ионов кальция по сравнению с нормой (гипсркальциемия) вызывает нарастающее поражение нервной системы; напротив, снижение концентрации кальция (гипокальциемия) повышает возбудимость нервной системы.

Важная особенность регуляции концентрации внеклеточного кальция: только около 0,1% общего количества кальция организма присутствует во внеклеточной жидкости, около 1 % - находится внутри клеток, а остальное количество хранится в костях, поэтому кости могут рассматриваться в качестве большого хранилища кальция, выделяющего его во внеклеточное пространство, если концентрация кальция там снижается, и, напротив, забирающего избыток кальция на хранение.

Приблизительно 85% фосфатов организма хранится в костях, от 14 до 15% - в клетках, и только менее 1% присутствует во внеклеточной жидкости. Концентрация фосфатов во внеклеточной жидкости не так строго регулируется, как концентрация кальция, хотя они выполняют разнообразные важные функции, контролируя многие процессы совместно с кальцием.

Всасывание кальция и фосфатов в кишечнике и их экскреция с калом. Обычная скорость поступления кальция и фосфатов составляет приблизительно 1000 мг/сут, что соответствует количеству, извлекаемому из 1 л молока. Обычно двухвалентные катионы, такие как ионизированный кальций, плохо абсорбируются в кишечнике. Однако, как обсуждается далее, витамин D способствует всасыванию кальция в кишечнике, и почти 35% (около 350 мг/сут) потребленного кальция абсорбируется. Оставшийся в кишечнике кальций попадает в каловые массы и удаляется из организма. Дополнительно около 250 мг/сут кальция попадает в кишечник в составе пищеварительных соков и слущивающихся клеток. Таким образом, около 90% (900 мг/сут) из ежесуточного поступления кальция выводится с калом.

Гипокальциемия вызывает возбуждение нервной системы и тетанию. Если концентрация ионов кальция во внеклеточной жидкости падает ниже нормальных значений, нервная система постепенно становится все более возбудимой, т.к. это изменение приводит к повышению проницаемости для ионов натрия, облегчая генерацию потенциала действия. В случае падения концентрации ионов кальция до уровня, составляющего 50% нормы, возбудимость периферических нервных волокон становится так велика, что они начинают спонтанно разряжаться.

Гиперкальциемия понижает возбудимость нервной системы и мышечную активность. Если концентрация кальция в жидких средах организма превышает норму, возбудимость нервной системы снижается, что сопровождается замедлением рефлекторных ответов. Увеличение концентрации кальция приводит к снижению интервала QT на электрокардиограмме, снижению аппетита и запорам, возможно, вследствие снижения контрактильной активности мышечной стенки гастроинтестинального тракта.

Эти депрессивные эффекты начинают проявляться, когда уровень кальция поднимается выше 12 мг/дл, и становятся заметными, когда уровень кальция превышает 15 мг/дл.

Формирующиеся нервные импульсы достигают скелетных мышц, вызывая тетанические сокращения. Следовательно, гипокальциемия вызывает тетанию, иногда она провоцирует эпилептиформные приступы, поскольку гипокальциемия повышает возбудимость мозга.

Всасывание фосфатов в кишечнике осуществляется легко. Кроме тех количеств фосфатов, которые выводятся с калом в виде солей кальция, почти все содержащиеся в дневном рационе фосфаты всасываются из кишечника в кровь и затем экскретируются с мочой.

Экскреция кальция и фосфатов почкой. Приблизительно 10% (100 мг/сут) поступившего в организм кальция экскретируются с мочой, около 41% кальция в плазме связано с белками и поэтому не фильтруется из гломерулярных капилляров. Оставшееся количество объединяется с анионами, например с фосфатами (9%), или ионизируется (50%) и фильтруется клубочками в почечные канальцы.

В норме в канальцах почки реабсорбируется 99% отфильтрованного кальция, поэтому в сутки экскретируются с мочой почти 100 мг кальция. Приблизительно 90% кальция, содержащегося в гломерулярном фильтрате, реабсорбируется в проксимальных канальцах, петле Генле и в начале дистальных канальцев. Затем в конце дистальных канальцев и в начале собирательных протоков реабсорбируются оставшиеся 10% кальция. Реабсорбция становится высокоизбирательной и зависит от концентрации кальция в крови.

Если концентрация кальция в крови низка, реабсорбция возрастает, в итоге кальций почти не теряется с мочой. Напротив, когда концентрация кальция в крови незначительно превышает нормальные значения, экскреция кальция значительно увеличивается. Наиболее важным фактором, контролирующим реабсорбцию кальция в дистальных отделах нефрона и, следовательно, регулирующим уровень экскреции кальция, является паратгормон.

Почечная экскреция фосфатов регулируется механизмом обильного потока. Это означает, что когда концентрация фосфатов в плазме снижается ниже критического значения (около 1 ммоль/л), все фосфаты из гломеруляр-ного фильтрата реабсорбируются и перестают выводиться с мочой. Но если концентрация фосфатов превышает значение нормы, потери его с мочой прямо пропорциональны дополнительному увеличению его концентрации. Почки регулируют концентрацию фосфатов в экстрацеллюлярном пространстве, изменяя скорость экскреции фосфатов соответственно их концентрации в плазме и скорости фильтрации фосфатов в почке.

Однако, как мы увидим далее, паратгормон может существенно увеличить экскрецию фосфатов почками, поэтому он играет важную роль в регуляции концентрации фосфатов в плазме наряду с контролем концентрации кальция. Паратгормон является мощным регулятором концентрации кальция и фосфатов, осуществляющим свои влияния, управляя процессами реабсорбции в кишечнике, экскрецией в почке и обменом этих ионов между внеклеточной жидкостью и костью.

Избыточная активность паращитовидных желез вызывает быстрое вымывание солей кальция из костей с последующим развитием гиперкальциемии во внеклеточной жидкости; напротив, гипофункция паращитовидных желез приводит к гипокальциемиии, часто - с развитием тетании.

Функциональная анатомия паращитовидных желез. В норме у человека существуют четыре паращитовидные железы. Они расположены сразу после щитовидной железы, попарно у верхнего и нижнего ее полюсов. Каждая паращитовидная железа является образованием около 6 мм длиной, 3 мм шириной и 2 мм высотой.

Макроскопически паращитовидные железы выглядят как темный бурый жир, определить их местонахождение во время операции на щитовидной железе затруднительно, т.к. они часто выглядят, как дополнительная доля щитовидной железы. Именно поэтому до момента, когда была установлена важность этих желез, тотальная или субтотальная тиреоидэктомия заканчивалась одновременным удалением паращитовидных желез.

Удаление половины околощитовидных желез не вызывает серьезных физиологических нарушений, удаление трех или всех четырех желез приводит к транзиторному гипопаратиреоидизму. Но даже небольшое количество оставшейся ткани паращитовидной железы способно за счет гиперплазии обеспечить нормальную функцию паращитовидных желез.

Паратиреоидные железы взрослого человека состоят преимущественно из главных клеток и из большего или меньшего количества оксифильных клеток, которые отсутствуют у многих животных и у молодых людей. Главные клетки предположительно секретируют большее, если не все количество паратгормона, а у оксифильных клеток - свое предназначение.

Считается, что они являются модификацией или исчерпавшей свой ресурс формой главных клеток, которые больше не синтезируют гормон.

Химическая структура паратгормона. ПТГ выделен в очищенном виде. Первоначально он синтезируется на рибосомах в виде препрогормона, полипептидной цепочки из ПО аминокислотных остатков. Затем расщепляется до прогормона, состоящего из 90 аминокислотных остатков, потом - до стадии гормона, который включает 84 аминокислотных остатка. Процесс этот осуществляется в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи.

В итоге гормон упаковывается в секреторные гранулы в цитоплазме клеток. Окончательная форма гормона имеет молекулярную массу 9500; более мелкие соединения, состоящие из 34 аминокислотных остатков, примыкающие к N-концу молекулы паратгормона, также выделенные из паращитовидных желез, обладают активностью ПТГ в полной мере. Установлено, что почки полностью выводят форму гормона, состоящую из 84 аминокислотных остатков, очень быстро, в течение нескольких минут, в то время как оставшиеся многочисленные фрагменты длительное время обеспечивают поддержание высокой степени гормональной активности.

Тиреокальцитонин - гормон, вырабатываемый у млекопитающих и у человека парафолликулярными клетками щитовидной железой, паращитовидной железой и вилочковой железой. У многих животных, например, рыб, аналогичный по функциям гормон производится не в щитовидной железе (хотя она есть у всех позвоночных животных), а в ултимобранхиальных тельцах и потому называется просто кальцитонином. Тиреокальцитонин принимает участие в регуляции фосфорно-кальциевого обмена в организме, а также баланса активности остеокластов и остеобластов, функциональный антагонист паратгормона. Тиреокальцитонин понижает содержание кальция и фосфата в плазме крови за счёт усиления захвата кальция и фосфата остеобластами. Он также стимулирует размножение и функциональную активность остеобластов. Одновременно тиреокальцитонин тормозит размножение и функциональную активность остеокластов и процессы резорбции кости. Тиреокальцитонин является белково-пептидным гормоном, с молекулярной массой3600. Усиливает отложение фосфорно-кальциевых солей на коллагеновую матрицу костей. Тиреокальцитонин, как и паратгормон, усиливает фосфатурию.

Кальцитриол

Строение: Представляет собой производное витамина D и относится к стероидам.

Синтез: Образующийся в коже под действием ультрафиолета и поступающие с пищей холекальциферол (витамин D3) и эргокальциферол (витамин D2) гидроксилируются в печени по С25 и в почках по С1. В результате формируется 1,25-диоксикальциферол (кальцитриол).

Регуляция синтеза и секреции

Активируют: Гипокальциемия повышает гидроксилирование по С1 в почках.

Уменьшают: Избыток кальцитриола подавляет гидроксилирование по С1 в почках.

Механизм действия: Цитозольный.

Мишени и эффекты: Эффект кальцитриола заключается в увеличении концентрации кальция и фосфора в крови:

в кишечнике индуцирует синтез белков, отвечающих за всасывание кальция и фосфатов, в почках повышает реабсорбцию кальция и фосфатов, в костной ткани усиливает резорбцию кальция. Патология: Гипофункция Соответствует картине гиповитаминоза D. Роль 1.25-дигидроксикальци-ферола в обмене Ca и P.: Усиливает всасывание Ca и P из кишечника, Усиливает реабсорбцию Ca и P почками, Усиливает минерализацию молодой кости, Стимулирует остеокласты и выход Ca из старой кости.

Витамин D (кальциферол, антирахитический)

Источники: Имеется два источника поступления витамина D:

печень, дрожжи, жирномолочные продукты (сливочное масло, сливки, сметана), желток яиц,

образуется в коже при ультрафиолетовом облучении из 7-дегидрохолестерола в количестве 0,5-1,0 мкг/сут.

Суточная потребность: Для детей – 12-25 мкг или 500-1000 МЕ, у взрослых потребность гораздо меньше.

С
троение: Витамин представлен двумя формами – эргокальциферол и холекальциферол. Химически эргокальциферол отличается от холекальциферола наличием в молекуле двойной связи между С22 и С23 и метильной группой при С24.

После всасывания в кишечнике или после синтеза в коже витамин попадает в печень. Здесь он гидроксилируется по С25 и кальциферолтранспортным белком переносится к почкам, где еще раз гидроксилируется, уже по С1. Образуется 1,25-дигидроксихолекальциферол или кальцитриол. Реакция гидроксилирования в почках стимулируется паратгормоном, пролактином, соматотропным гормоном и подавляется высокими концентрациями фосфатов и кальция.

Биохимические функции: 1. Увеличение концентрации кальция и фосфатов в плазме крови. Для этого кальцитриол: стимулирует всасывание ионов Ca2+ и фосфат-ионов в тонком кишечнике (главная функция), стимулирует реабсорбцию ионов Ca2+ и фосфат-ионов в проксимальных почечных канальцах.

2. В костной ткани роль витамина D двояка:

стимулирует выход ионов Ca2+ из костной ткани, так как способствует дифференцировке моноцитов и макрофагов в остеокласты и снижению синтеза коллагена I типа остеобластами,

повышает минерализацию костного матрикса, так как увеличивает производство лимонной кислоты, образующей здесь нерастворимые соли с кальцием.

3. Участие в реакциях иммунитета, в частности в стимуляции легочных макрофагов и в выработке ими азотсодержащих свободных радикалов, губительных, в том числе, для микобактерий туберкулеза.

4. Подавляет секрецию паратиреоидного гормона через повышение концентрации кальция в крови, но усиливает его эффект на реабсорбцию кальция в почках.

Гиповитаминоз. Приобретенный гиповитаминоз.Причина.

Часто встречается при пищевой недостаточности у детей, при недостаточной инсоляции у людей, не выходящих на улицу или при национальных особенностях одежды. Также причиной гиповитаминоза может быть снижение гидроксилирования кальциферола (заболевания печени и почек) и нарушение всасывания и переваривания липидов (целиакия, холестаз).

Клиническая картина: У детей от 2 до 24 месяцев проявляется в виде рахита, при котором, несмотря на поступление с пищей, кальций не усваивается в кишечнике, а в почках теряется. Это ведет к снижению концентрации кальция в плазме крови, нарушению минерализации костной ткани и, как следствие, к остеомаляции (размягчение кости). Остеомаляция проявляется деформацией костей черепа (бугристость головы), грудной клетки (куриная грудь), искривление голени, рахитические четки на ребрах, увеличение живота из‑за гипотонии мышц, замедляется прорезывание зубов и зарастание родничков.

У взрослых тоже наблюдается остеомаляция, т.е. остеоид продолжает синтезироваться, но не минерализуется. Развитие остеопороза частично также связывают с витамин D-‑недостаточностью.

Наследственный гиповитаминоз

Витамин D-зависимый наследственный рахит I типа, при котором имеется рецессивный дефект почечной α1-гидроксилазы. Проявляется задержкой развития, рахитическими особенностями скелета и т.д. Лечение – препараты кальцитриола или большие дозы витамина D.

Витамин D-зависимый наследственный рахит II типа, при котором наблюдается дефект тканевых рецепторов кальцитриола. Клинически заболевание схоже с I типом, но дополнительно отмечаются аллопеция, milia, эпидермальные кисты, мышечная слабость. Лечение варьирует в зависимости от тяжести заболевания, помогают большие дозы кальциферола.

Гипервитаминоз. Причина

Избыточное потребление с препаратами (не менее 1,5 млн МЕ в сутки).

Клиническая картина: Ранними признаками передозировки витамина D являются тошнота, головная боль, потеря аппетита и веса тела, полиурия, жажда и полидипсия. Могут быть запоры, гипертензия, мышечная ригидность. Хронический избыток витамина D приводит к гипервитаминозу, при котором отмечается: деминерализация костей, приводящая к их хрупкости и переломам.увеличение концентрации ионов кальция и фосфора в крови, приводящее к кальцификации сосудов, ткани легких и почек.

Лекарственные формы

Витамин D – рыбий жир, эргокальциферол, холекальциферол.

1,25-Диоксикальциферол (активная форма) – остеотриол, оксидевит, рокальтрол, форкал плюс.

58. Гормоны, производные жирных кислот. Синтез. Функции.

По химической природе гормональные молекулы относят к трем группам соединений:

1)белки и пептиды; 2) производные аминокислот; 3) стероиды и производные жирных кислот.

К эйкозаноидам (είκοσι, греч.-двадцать) относят окисленные производные эйкозановых к-т: эйкозотриеновой (С20:3), арахидоновой (С20:4), тимнодоновой (С20:5) ж-х к-т. Активность эйкозаноидов значительно разнится от числа двойных связей в молекуле, которое зависит от строения исходной ж-ой к-ы. Эйкозаноиды называют гормоноподобными вещ-ми, т.к. они могут оказывать только местное действие, сохраняясь в крови в течение неск-х сек. Обр-ся во всех органах и тканях практически всеми типами кл. Депонироваться эйкозаноиды не могут, разрушаются в течение неск-их сек, и поэтому кл должна синтезировать их постоянно из поступающих жирных кислот ω6- и ω3-ряда. Выделяют три основные группы:

Простагландины (Pg) – синтезируются практически во всех клетках, кроме эритроцитов и лимфоцитов. Выделяют типы простагландинов A, B, C, D, E, F. Функции простагландинов сводятся к изменению тонуса гладких мышц бронхов, мочеполовой и сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, при этом направленность изменений различна в зависимости от типа простагландинов, типа клетки и условий. Они также влияют на температуру тела. Могут активировать аденилатциклазу Простациклины являются подвидом простагландинов (Pg I), вызывают дилатацию мелких сосудов, но еще обладают особой функцией – ингибируют агрегацию тромбоцитов. Их активность возрастает при увеличении числа двойных связей. Синтезируются в эндотелии сосудов миокарда, матки, слизистой желудка. Тромбоксаны (Tx) образуются в тромбоцитах, стимулируют их агрегацию и вызывают сужение сосудов. Их активность снижается при увеличении числа двойных связей. Увеличивают активность фосфоинозитидного обмена Лейкотриены (Lt) синтезируются в лейкоцитах, в клетках легких, селезенки, мозга, сердца. Выделяют 6 типов лейкотриенов A, B, C, D, E, F. В лейкоцитах они стимулируют подвижность, хемотаксис и миграцию клеток в очаг воспаления, в целом они активируют реакции воспаления, предотвращая его хронизацию. Также вызывают сокращение мускулатуры бронхов (в дозах в 100-1000 раз меньших, чем гистамин). повышают проницаемость мембран для ионов Са2+. Поскольку цАМФ и ионы Са 2+ стимулируют синтез эйкозаноидов, замыкается положительная обратная связь в синтезе этих специфических регуляторов.

И
сточником свободных эйкозановых кислот являются фосфолипиды клеточной мембраны. Под влиянием специфических и неспецифических стимулов активируются фосфолипаза А 2 или комбинация фосфолипазы С и ДАГ-липазы, которые отщепляют жирную кислоту из положения С2 фосфолипидов.

П

олиненасыщенная ж-я к-та метаболизирует в основном 2я путями: циклооксигеназным и липоксигеназным, активность которых в разных клетках выражена в разной степени. Циклооксигеназный путь отвечает за синтез простагландинов и тромбоксанов, липоксигеназный – за синтез лейкотриенов.

Биосинтез большинства эйкозаноидов начинается с отщепления арахидоновой к-ты от мембранного фосфолипида или диацил-глицерина в плазматической мембране. Синтетазный комплекс представляет собой полиферментную систему, функ-ую преимущественно на мембранах ЭПС. Обр-ся эйкозаноиды легко проникают ч/з плазматическую мембрану кл, а затем ч/з межклеточное простр-во переносятся на соседние кл или выходят в кровь и лимфу. Скорость синтеза эйкозаноидов увел-ся под влиянием гормонов и нейромедиаторов, акт-их аденилатциклазу или повышающих концентрацию ионов Са 2+ в кл. Наиболее интенсивно обр-е простагландинов происходит в семенниках и яичниках. Во многих тканях кортизол тормозит осв-ие арахидоновой к-ты, что приводит к подавлению обр-я эйкозаноидов, и тем самым оказывает противовосп-е действие. Простагландин E1 является мощным пирогеном. Подавлением синтеза этого простагландина объясняют терапевтическое действие аспирина. Период полураспада эйкозаноидов составляет 1-20 с. Ферменты, инактивирующие их, имеются пр-ки во всех тканях, но наибольшее их кол-во сод-ся в легких. Лек-я рег-я синтеза: Глюкокортикоиды, опосредованно ч/з синтез специфич белков, блокируют синтез эйкозаноидов, за счет снижения связывания фосфолипидов фосфолипазой А 2 , что предотвращает высвобождение полиненасыщенной к-ты из фосфолипида. Нестероидные противовос-е средства (аспирин, индометацин, ибупрофен) необратимо ингиб-т циклооксигеназу и снижают выработку простагландинов и тромбоксанов.

60. Витамины Е. К и убихинон, их участие в обмене веществ.

Витамины группы Е (токоферолы). Название «токоферол» витамина Е - от греческого «токос» - «рождение» и «ферро» - носить. Его обнаружили в масле из проросших зерен пшеницы. В настоящее время известно семейство токоферолов и токотриенолов, найденных в природных источниках. Все они - метальные производные исходного соединения токола, по строению очень близки и обозначаются буквами греческого алфавита. Наибольшую биологическую активность проявляет α-токоферол.

Токоферол нерастворим в воде; как и витамины А и D, он растворим в жирах, устойчив к воздействию кислот, щелочей и высокой температуре. Обычное кипячение на него почти не влияет. А вот свет, кислород, ультрафиолетовые лучи или химические окислители действуют губительно.

Витамин Е содержится гл. обр. в липопротеиновых мембранах клеток и субклеточных органелл, где локализован благодаря межмол. взаимод. с ненасыщ. жирными к-тами.Его биол. активность основана на способности образовывать устойчивые своб. радикалы в результате отщепления атома Н от гидроксильной группы. Эти радикалы могут вступать во взаимод. со своб. радикалами, участвующими в образовании орг. пероксидов. Тем самым витамин Е предотвращает окисление ненасыщ. липидов и предохраняет от разрушения биол. мембраны и другие молекулы, например ДНК.

Токоферол повышает биологическую активность витамина А, защищая от окисления ненасыщенную боковую цепь.

Источники: для человека - растительные масла, салат, капуста, семена злаков, сливочное масло, яичный желток.

Суточная потребность взрослого человека в витамине примерно 5 мг.

Клинические проявления недостаточности у человека до конца не изучены. Известно положительное влияние витамина Е при лечении нарушения процесса оплодотворения, при повторяющихся непроизвольных абортах, некоторых форм мышечной слабости и дистрофии. Показано применение витамина Е для недоношенных детей и детей, находящихся на искусственном вскармливании, так как в коровьем молоке в 10 раз меньше витамина Е, чем в женском. Дефицит витамина Е проявляется развитием гемолитической анемии, возможно из-за разрушения мембран эритроцитов в результате ПОЛ.

У
БИХИНОНЫ (коферменты Q) –широко распространенное вещество и был обнаружен в растениях, грибах, животных и м/о. Относят к группе жирорастворимых витаминоподобных соединений, плохо растворяется в воде, но разрушается при воздействии кислорода и высоких температур. В классическом понимании убихинон не витамин, так как в достаточном количестве синтезируется в организме. Но при некоторых заболеваниях естественный синтез кофермента Q уменьшается и его не хватает для удовлетворения потребности, тогда он становится незаменимым фактором.

У
бихиноны играют важную роль в биоэнергетике клетки большинства прокариот и всех эукариот. Осн. ф-ция убихинонов- перенос электронов и протонов от разл. субстратов к цитохромам при дыхании и окислительном фосфорилировании. Убихиноны, гл. обр. в восстановленной форме (убихинолы, Q n H 2), выполняют ф-цию антиоксидантов. Могут быть простетич. группой белков. Выделены Q-связывающие белки трех классов, действующие в дыхат. цепи на участках функционирования ферментов сукцинату-бихинонредуктазы, НАДН-убихинонредуктазы и цитохромов в и с 1 .

В процессе переноса электронов с NADH-дегидрогеназы через FeS на убихинон он обратимо превращается в гидрохинон. Убихинон выполняет коллекторную функцию, присоединяя электроны от NADH-дегидрогеназы и других флавинзависимых дегидрогеназ, в частности, от сукцинат-дегидрогеназы. Убихинон участвует в реакциях типа:

Е (FMNH 2) + Q → Е (FMN) + QH 2 .

Симптомы дефицита : 1) анемия2) изменения в скел мускулатуре 3) сердечная недост 4) изменения в костном мозге

Симптомы передозировки: возможна только при избыточном введении и обычно проявляется тошнотой, нарушениями стула и болями в животе.

Источники: Растительные - Зародыши пшеницы, растительные масла, орехи, капуста. Животные - Печень, сердце, почки, говядина, свинина, рыба, яйца, курятина. Синтезируется микрофлорой кишечника.

С
уточная потребность: Считается, что при обычных условиях организм покрывает потребность полностью, но есть мнение, что это необходимое суточное количество составляет 30-45 мг.

Структурные формулы рабочей части коферментов FAD и FMN. В ходе реакции FAD и FMN присоединяют 2 электрона и, в отличие от NAD+, оба теряемых субстратом протона.

63. Витамины С и Р, строение, роль. Цинга.

Витамин Р (биофлавоноиды; рутин, цитрин; витамин проницаемости)

В настоящее время известно, что понятие "витамин Р" объединяет семейство биофлавоноидов (катехины, флавононы, флавоны). Это очень разнообразная группа растительных полифенольных соединений, влияющих на проницаемость сосудов сходным образом с витамином С.

Под термином «витамин Р», повышающим резистентность капилляров (от лат. permeability – проницаемость), объединяется группа веществ со сходной биологической активностью: катехины, халконы, дигидрохалконы, флавины, флавононы, изофлавоны, флавонолы и др. Все они обладают Р-витаминной активностью, и в основе их структуры лежит дифенилпропановый углеродный «скелет» хромона или флавона. Этим объясняется их общее название «биофлавоноиды».

Витамин Р усваивается лучше в присутствии аскорбиновой кислоты, а высокая температура легко её разрушает.

Источники: лимоны, гречиха, черноплодная рябина, чёрная смородина, листья чая, плоды шиповника.

Суточная потребность для человека Составляет, в зависимости от образа жизни, 35-50 мг в день.

Биологическая роль флавоноидов заключается в стабилизации межклеточного матрикса соединительной ткани и уменьшении проницаемости капилляров. Многие представители группы витамина Р обладают гипотензивным действием.

-Витамин Р "оберегает" гиалуроновую кислоту, которая укрепляет стенки сосудов и является основным компонентом биологической смазки суставов, от разрушающего действия ферментов гиалуронидаз. Биофлавоноиды стабилизируют основное вещество соединительной ткани путем ингибирования гиалуронидазы, что подтверждается данными о положительном влиянии Р-витаминных препаратов, как и аскорбиновой кислоты, в профилактике и лечении цинги, ревматизма, ожогов и др. Эти данные указывают на тесную функциональную связь витаминов С и Р в окислительно-восстановительных процессах организма, образующих единую систему. Об этом косвенно свидетельствует лечебный эффект, оказываемый комплексом витамина С и биофлавоноидов, названный аскорутином. Витамин Р и витамин С тесно связаны между собой.

Рутин повышает активность аскорбиновой кислоты. Защищая от окисления, помогает лучшему её усвоению, он по праву считается "главный партнёр" аскорбинки. Укрепляя стенки кровеносных сосудов и уменьшая их ломкость, он тем самым снижает риск внутренних кровоизлияний, предупреждает образование атеросклеротических бляшек.

Нормализует повышенное артериальное давление, способствуя расширению сосудов. Способствует формированию соединительной ткани, а следовательно быстрому заживлению ран и ожогов. Способствует профилактике варикозного расширения вен.

Положительно влияет на работу эндокринной системы. Используется для профилактики и дополнительного средства в лечении артрита ― тяжелого заболевания суставов и подагры.

Повышает иммунитет, обладает противовирусной активностью.

Заболевания: Клиническое проявление гипоавитаминоза витамина Р характеризуется повышенной кровоточивостью дёсен и точечными подкожными кровоизлияниями, общей слабостью, быстрой утомляемостью и болями в конечностях.

Гипервитаминоз: Флавоноиды не токсичны и случаев передозировки не замечено, поступившие с пищей излишки легко выводятся из организма.

Причины: Недостаток биофлавоноидов может возникать на фоне длительного приема антибиотиков (или в больших дозах) и других сильнодействующих препаратов, при любом неблагоприятном воздействии на организм, например, травма или хирургическое вмешательство.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ

(Водно-солевой обмен. Биохимия почек и мочи)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рецензент: профессор Н.В. Козаченко

Утверждена на заседании кафедры пр.№ _____ от _______________2004 г.

Утверждена зав. кафедрой ________________________________________

Утверждена на МК медико-биологического и фармацевтического факультетов

пр.№ _____ от _______________2004 г.

Председатель________________________________________________

Водно-солевой обмен

Одним из наиболее часто нарушающихся при патологии видов обмена веществ является водно-солевой. Он связан с постоянным движением воды и минеральных веществ из внешней среды организма во внутреннюю, и наоборот.

В организме взрослого человека на воду приходится 2/3 (58- 67%) массы тела. Около половины ее объема сосредоточено в мышцах. Потребность в воде (человек ежесуточно получает до 2,5-3 л жидкости) покрывается за счет поступления ее в виде питья (700-1700 мл), преформированной воды, входящей в состав пищи (800-1000 мл), и воды, образующейся в организме при обмене веществ - 200-300 мл (при сгорании 100 г жиров, белков и углеводов образуется соответственно 107,41 и 55 г воды). Эндогенная вода в относительно большом количестве синтезируется при активации процесса окисления жиров, что наблюдается при различных, прежде всего пролонгированных стрессовых состояниях, возбуждении симпатико-адреналовой системы, разгрузочной диетотерапии (нередко используемой для лечения больных ожирением).

Благодаря постоянно происходящим обязательным водным потерям внутренний объем жидкости в организме сохраняется неизмененным. К числу таких потерь относят ренальные (1,5 л) и экстраренальные, связанные с выделением жидкости через желу-дочно-кишечный тракт (50-300 мл), дыхательные пути и кожу (850-1200 мл). В целом объем обязательных потерь воды составляет 2,5-3 л, во многом зависят от количества выводимых из организма шлаков.

Участие воды в процессах жизнедеятельности весьма разнообразно. Вода является растворителем многих соединений, непосредственным компонентом ряда физико-химических и биохимических превращений, транспортером эндо- и экзогенных веществ. Кроме того, она выполняет механическую функцию, ослабляя трение связок, мышц, поверхности хрящей суставов (тем самым облегчая их подвижность), участвует в терморегуляции. Вода поддерживает гомеостаз, зависящий от величины осмотического давления плазмы (изоосмия) и объема жидкости (изоволемия), функционирования механизмов регуляции кислотно-основного состояния, протекания процессов, обеспечивающих постоянство температуры (изотермию).

В организме человека вода пребывает в трех основных физико-химических состояниях, в соответствии с которыми выделяют: 1) свободную, или мобильную, воду (составляет основную часть внутриклеточной жидкости, а также крови, лимфы, интерстициальной жидкости); 2) воду, связанную гидрофильными коллоидами, и 3) конституциональную, входящую в структуру молекул белков, жиров и углеводов.

В организме взрослого человека массой 70 кг объем свободной воды и воды, связанной гидрофильными коллоидами, составляет примерно 60% массы тела, т.е. 42 л. Эта жидкость представлена внутриклеточной водой (на ее долю приходится 28 л, или 40% массы тела), составляющей внутриклеточный сектор, и внеклеточной водой (14 л, или 20% массы тела), образующей внеклеточный сектор. В состав последнего входит внутрисосудистая (интраваскулярная) жидкость. Этот внутрисосудистый сектор образован плазмой (2,8 л), на долю которой приходится 4-5% массы тела, и лимфой.

Интерстициальная вода включает в себя собственно межклеточную воду (свободную межклеточную жидкость) и организованную внеклеточную жидкость (составляющую 15-16% массы тела, или 10,5 л), т.е. воду связок, сухожилий, фасций, хрящей и т.д. Кроме того, к внеклеточному сектору относят воду, находящуюся в некоторых полостях (брюшной и плевральной полости, перикарда, суставов, желудочков мозга, камерах глаза и др.), а также в желудочно-кишечном тракте. Жидкость этих полостей не принимает активного участия в метаболических процессах.

Вода человеческого организма не застаивается в различных его отделах, а постоянно движется, непрерывно обмениваясь с другими секторами жидкости и с внешней средой. Передвижение воды во многом осуществляется благодаря выделению пищеварительных соков. Так, со слюной, с соком поджелудочной железы в кишечную трубку направляется около 8 л воды в сутки,ноэта вода вследствие всасывания в более низких участках пищеварительного тракта практически не теряется.

Жизненно необходимые элементы подразделяются на макроэлементы (суточная потребность >100 мг) и микроэлементы (суточная потребность <100 мг). К макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), кальций (Ca), магний (Мg), хлор (Cl), фосфор (Р), сера (S) и иод (I). К жизненно важным микроэлементам, необходимым лишь в следовых количествах, относятся железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Μn), медь (Cu), кобальт (Со), хром (Сr), селен (Se) и молибден (Мо). Фтор (F) не принадлежит к этой группе, однако он необходим для поддержания в здоровом состоянии костной и зубной ткани. Вопрос относительно принадлежности к жизненно важным микроэлементам ванадия, никеля, олова, бора и кремния остается открытым. Такие элементы принято называть условно эссенциальными.

В таблице 1 (колонка 2) приведено среднее содержание минеральных веществ в организме взрослого человека (в расчете на массу 65 кг).Среднесуточная потребность взрослого человека в указанных элементах приведена в колонке 4. У детей и женщин в период беременности и кормления ребенка, а также у больных потребность в микроэлементах обычно выше.

Так как многие элементы могут запасаться в организме, отклонение от суточной нормы компенсируется во времени. Кальций в форме апатита запасается в костной ткани, иод - в составе тиреоглобулина в щитовидной железе, железо - в составе ферритина и гемосидерина в костном мозге, селезенке и печени. Местом хранения многих микроэлементов служит печень.

Обмен минеральных веществ контролируется гормонами. Это относится, например, к потреблению Н 2 О, Ca 2+ , PO 4 3- , связыванию Fe 2+ , I - , экскреции H 2 O, Na + , Ca 2+ , PO 4 3- .

Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и в ряде случаев от состава пищевых продуктов. В качестве примера влияния состава пищи можно рассмотреть кальций. Всасыванию ионов Ca 2+ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют всасывание кальция из-за комплексообразования и образования плохо растворимых солей (фитин).

Дефицит минеральных веществ - явление не столь редкое: оно возникает по различным причинам, например из-за однообразного питания, нарушения усвояемости, при различных заболеваниях. Недостаток кальцияможет наступить в период беременности, а также при рахите или остеопорозе. Хлородефицит наступает из-за большой потери ионов Сl - при сильной рвоте.

Из-за недостаточного содержания иода в пищевых продуктах во многих районах Центральной Европы распространенным явлением стали иододефицитные состояния и зобная болезнь. Дефицит магния может возникать из-за диареи или из-за однообразного питания при алкоголизме. Недостаток в организме микроэлементов часто проявляется нарушением кроветворения, т. е. анемией.

В последней колонке перечислены функции, выполняемые в организме указанными минеральными веществами. Из данных таблицы видно, что почти все макроэлементы функционируют в организме как структурные компоненты и электролиты. Сигнальные функции выполняют иод (в составе иодтиронина) и кальций. Большинство микроэлементов являются кофакторами белков, главным образом ферментов. В количественном отношении в организме преобладают железосодержащие белки гемоглобин, миоглобин и цитохром, а также более 300 цинксодержащих белков.

Таблица 1

Похожая информация.

В функциональном отношении принято выделять свободную и связанную воду. Транспортная функция которую вода выполняет как универсальный растворитель Определяет диссоциацию солей будучи диэлектриком Участие в различных химических реакциях: гидратация гидролиз окислительно - востановительные реакции например β - окисление жирных кислот. Движение воды в организме осуществляется при участии ряда факторов к которым относятся: осмотическое давление создаваемое различной концентрацией солей вода движется в сторону более высокой...

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

PAGE 1

Реферат

ВОДНО–СОЛЕВОЙ ОБМЕН

Водный обмен

Общее содержание воды в организме взрослого человека составляет 60 – 65% (около 40 л). Наиболее гидратированы головной мозг, почки. Жировая, костная ткань, наоборот, содержат небольшое количество воды.

Вода в организме распределена в разных отделах (компартментах, бассейнах): в клетках, в межклеточном пространстве, внутри сосудов.

Особенностью химического состава внутриклеточной жидкости является высокое содержание калия и белков. Внеклеточная жидкость содержит более высокие концентрации натрия. Значения рН внеклеточной и внутриклеточной жидкости не различаются. В функциональном отношении принято выделять свободную и связанную воду. Связанная вода – та её часть, которая входит в состав гидратных оболочек биополимеров. Количество связанной воды характеризует интенсивность обменных процессов.

Биологическая роль воды в организме.

• Транспортная функция, которую вода выполняет как универсальный растворитель
• Определяет диссоциацию солей, будучи диэлектриком
• Участие в различных химических реакциях: гидратация, гидролиз, окислительно - востановительные реакции (например, β - окисление жирных кислот).

Обмен воды .

Общий объём обмениваемой жидкости для взрослого человека равен 2-2,5 литра в сутки. Для взрослого человека характерен водный баланс, т.е. поступление жидкости равно её выведению.

Вода поступает в организм в виде жидких напитков (около 50% потребляемой жидкости), в составе твёрдых продуктов. 500 мл составляет эндогенная вода, образующаяся в результате окислительных процессов в тканях,

Выведение воды из организма происходит через почки (1,5 л – диурез), путём испарения с поверхности кожи, лёгких (около 1 л), через кишечник (около 100 мл).

Факторы движения воды в организме .

Вода в организме постоянно перераспределяется между различными отсеками. Движение воды в организме осуществляется при участии ряда факторов, к которым относятся:

• осмотическое давление, создаваемое различной концентрацией солей (вода движется в сторону более высокой концентрации соли),
• онкотическое давление, создаваемое перепадом концентрации белков (вода движется в сторону более высокой концентрации белка)
• гидростатическое давление, создаваемое работой сердца

Обмен воды тесно связан с обменом Na и К.

Обмен натрия и калия

Общее содержание натрия в организме составляет 100 г . При этом 50% приходится на внеклеточный натрий, 45% - на натрий, содержащийся в костях, 5% - на внутриклеточный натрий. Содержание натрия в плазме крови равно 130-150 ммоль/л, в клетках крови - 4-10 ммоль/л. Потребность в натрии для взрослого человека составляет около 4-6 г/ сутки.

Общее содержание калия в организме взрослого составляет 160 г. 90% этого количества содержится внутриклеточно, 10% распределяется во внеклеточном пространстве. В плазме крови содержится 4 - 5 ммоль/л, внутри клеток - 110 ммоль/л. Суточная потребность в калии для взрослого человекасоставляет 2-4 г.

Биологическая роль натрия и калия :

• определяют осмотическое давление
• определяют распределение воды
• создают артериальное давление
• участвуют (Na ) во всасывании аминокислот, моносахаров
• калий необходим для биосинтетических процессов.

Всасывания натрия и калия происходит в желудке и в кишечнике. Натрий может незначительно депонироваться в печени. Из организма натрий и калий выводятся в основном через почки, в меньшей степени через потовые железы и через кишечник.

В перераспределении натрия и калия между клетками и внеклеточной жидкостью участвует натрий - калиевая АТФ-аза - мембранный фермент, который за счёт энергии АТФ перемещает ионы натрия и калия против градиента концентрации. Создаваемый перепад концентрации натрия и калия обеспечивает процесс возбуждения ткани.

Регуляция водно-солевого обмена .

Регуляция обмена воды и солей осуществляется при участии центральной нервной системы, вегетативной нервной системы и эндокринной системы.

В центральной нервной системе при уменьшении количества жидкости в организме формируется чувство жажды. Возбуждение питьевого центра, находящегося в гипоталамусе, приводит к потреблению воды и восстановлению её количества в организме.

Вегетативная нервная система участвует в регуляции водного обмена путём регуляции процесса потоотделения.

К гормонам, участвующим в регуляции водно–солевого обмена, относятся антидиуретический гормон, минералокортикоиды, натрийуретический гормон.

Антидиуретический гормон синтезируется в гипоталамусе, перемещается в заднюю долю гипофиза, откуда выделяется в кровь. Данный гормон задерживает воду в организме путём усиления обратной реабсорбции воды в почках, за счёт активации синтеза в них белка аквапорина.

Альдостерон способствует задержке натрия в организме и потере ионов калия через почки. Считается, что данный гормон способствует синтезу белков натриевых каналов, определяющих обратную реабсорбцию натрия. Он также активирует цикл Кребса и синтез АТФ, необходимого для процессов реабсорбции натрия. Альдостерон активирует синтез белков - транспортёров калия, что сопровождается повышенным выведением калия из организма.

Функция и антидиуретического гормона и альдостерона тесно взаимосвязана с ренин - ангиотензиновой системой крови.

Ренин-ангиотензивная система крови .

При уменьшении кровотока через почки при обезвоживании организма в почках вырабатывается протеолитический фермент ренин, который переводит ангиотензиноген (α 2 -глобулин) в ангиотензин I - пептид, состоящий из 10 аминокислот. Ангиотензин I под действием ангиотезинпревращающего фермента (АПФ) подвергается дальнейшему протеолизу и переходит в ангиотензин II , включающий 8 аминокислот, Ангиотензин II суживает сосуды, стимулирует выработку антидиуретического гормона и альдостерона, которые и увеличивают объем жидкости в организме.

Натрийуретический пептид вырабатывается в предсердиях в ответ на увеличение объёма воды в организме и на растяжения предсердий. Он состоит из 28 аминокислот, представляет собой циклический пептид с дисульфидными мостиками. Натрийуретический пептид способствует выведению натрия и воды из организма.

Нарушение водно-солевого обмена .

К нарушениям водно–солевого обмена относятся обезвоживание, гипергидратация, отклонения концентрации натрия и калия в плазме крови.

Обезвоживание (дегидратация) сопровождается тяжёлыми нарушениями функции центральной нервной системы. Причинами обезвоживания организм могут являться:

• водный голод,
• расстройства функции кишечника (диарея),
• увеличение потери через лёгкие (одышка, гипертермия),
• усиленное потоотделение,
• сахарный и несахарный диабет.

Гипергидратация – увеличение количества воды в организме может наблюдаться при ряде патологических состояний:

• повышенное поступление жидкости в организм,
• почечная недостаточность,
• нарушение кровообращения,
• заболевания печени

Местным проявлением накопления жидкости в организме являются отёки .

«Голодные» отёки наблюдаются вследствие гипопротеинемии при белковом голодании, заболеваниях печени. «Сердечные» отёки возникают при нарушении гидростатического давления при заболеваниях сердца. «Почечные» отёки развиваются при изменении осмотического и онкотического давления плазмы крови при болезнях почек

Гипонатриемия, гипокалиемия проявляются нарушением возбудимости, поражением нервной системы, нарушением ритма сердца. Эти состояния могут возникать при различных патологических состояниях:

• нарушение функции почек
• многократная рвота
• диарея
• нарушение выработки альдостерона, натрийуретического гормона.

Роль почек в водно-солевом обмене .

В почках происходит фильтрация, реабсорбции, секреция натрия, калия. На почки оказывает регулирующее влияние альдостерон, антидиуретический гормон. В почках вырабатывается ренин – пусковой фермент ренин – ангиотензиновой системы. Почки осуществляют выделение протонов, и тем самым регулирует рН.

Особенности водного обмена у детей.

У детей повышено общее содержание воды, которое у новорожденных достигает 75%. В детском возрасте отмечается иное распределение воды в организме: снижено количество внутриклеточной воды до 30%, что обусловлено пониженным содержанием внутриклеточных белков. В то же время повышено содержание внеклеточной воды до 45%, что связано более высоким содержанием гидрофильных гликозаминогликанов в межклеточном веществе соединительной ткани.

Водный обмен в детском организме протекает более интенсивно. Потребность в воде у детей в 2-3 раза выше, чем у взрослых. Для детей характерно выделение в составе пищеварительных соков большого количества воды, которая быстро подвергается обратному всасыванию. У детей раннего возраста иное соотношение потерь воды из организма: больше доля воды, выделяемой через лёгкие и кожу. Для детей характерна задержка воды в организме (положительный водный баланс)

В детском возрасте наблюдается неустойчивая регуляция водного обмена, не сформировано чувство жажды, вследствие чего выражена склонность к обезвоживанию.

В течение первых лет жизни преобладает выведение калия над выведением натрия.

Кальций - фосфорный обмен

Общее содержание кальция составляет 2% от массы тела (около 1,5 кг). 99% его сосредоточено в костях, 1% составляет внеклеточный кальций. Содержание кальция в плазме крови равняется 2,3-2,8 ммоль/л, 50% этого количества приходится на ионизированный кальций и 50% - на белковосвязанный кальций.

Функции кальция:

• пластический материал
• участвует в мышечном сокращении
• участвует в свёртывании крови
• регулятор активности многих ферментов (играет роль вторичного посредника)

Суточная потребность в кальции для взрослого человека составляет 1,5 г . Всасывание кальция в желудочно – кишечном тракте лимитировано. Всасывается примерно 50% кальция пищевых продуктов при участии кальцийсвязывающего белка . Будучи внеклеточных катионом, кальций поступает в клетки через кальциевые каналы, депонируется в клетках в саркоплазматическом ретикулуме и митохондриях.

Общее содержание фосфора в организме составляет 1% от массы тела (около 700 г). 90% фосфора содержится в костях, 10% приходится на внутриклеточный фосфор. В плазме крови содержание фосфора равно 1 -2 ммоль/л

Функции фосфора:

• пластическая функция
• входит в состав макроэргов (АТФ)
• компонент нуклеиновых кислот, липопротеидов, нуклеотидов, солей
• входит в состав фосфатного буфера
• регулятор активности многих ферментов (фосфорилирование – дефосфорилирование ферментов)

Суточная потребность в фосфоре для взрослого человека составляет около 1,5 г. В желудочно–кишечном тракте фосфор всасывается при участии щелочной фосфатазы .

Кальций и фосфор выводятся из организма в основном через почки, незначительное количество теряется через кишечник.

Регуляция кальций – фосфорного обмена.

В регуляции обмена кальция и фосфора участвуют паратгормон, кальцитонин, витамин Д.

Паратгормон повышает уровень кальция в крови и одновременно снижет уровень фосфора. Повышение содержания кальция связано с активацией фосфатазы, коллагеназы остеокластов, в результате чего при обновлении костной ткани происходит «вымывание» кальция в кровь. Кроме того паратгормон активирует всасывание кальция в желудочно – кишечном тракте при участии кальцийсвязывающего белка и уменьшает выведение кальция через почки. Фосфаты под действием паратгоромна, наоборот, усиленно выводятся через почки.

Кальцитонин снижает уровень кальция и фосфора в крови. Кальцитонин уменьшает активность остеокластов и, тем самым, снижает выделение кальция из костной ткани.

Витамин D , холекальциферол , антирахитический витамин .

Витамин D относится к жирорастворимым витаминам. Суточная потребность в витамине составляет 25 мкг . Витамин D под действием УФ - лучей синтезируется в коже из его предшественника 7-дегидрохолестерина, который в комплексе с белком поступает в печень. В печени при участии микросомальной системы оксигеназ происходит окисление в 25 положении с образованием 25 -гидрокисихолекальциферола. Этот предшественник витамина при участии специфического транспортного белка переносится в почки, где подвергается второй реакции гидроксилирования в первом положении с образованием активной формы витамина D 3 - 1,25-дигидрохолекальциферола (или кальцитриола) . . Реакция гидроксилирования в почках активируется паратгормоном при снижении уровня кальция в крови. При достаточном содержании кальция в организме в почках образуется неактивный метаболит 24,25 (ОН). В реакциях гидроксилирования принимает участие витамин С.

1,25 (ОН) 2 D 3 действует аналогично стероидным гормонам. Проникая в клетки – мишени, он взаимодействует с рецепторами, которые мигрируют в ядро клетки. В энтероцитах этот гормон – рецепторный комплекс стимулирует транскрипцию иРНК, отвечающую за синтез белка – переносчика кальция. В кишечнике усиливается всасывание кальция при участии кальцийсвязывающего белка и Са 2+ - АТФ-азы. В костной ткани витамин D 3 стимулирует процесс деминерализации. В почках активация витамином D 3 кальциевой АТФ-азы сопровождается увеличением реабсорбции ионов кальция и фосфатов. Кальцитриол участвует в регуляции процессов роста и дифференцировки клеток костного мозга. Он обладает антиоксидантным и противоопухолевым действием.

Гиповитаминоз приводит к заболеванию рахитом.

Гипервитаминоз приводит к выраженной деминерализации костей, кальцификацией мягких тканей.

Нарушение кальций – фосфорного обмена

Рахит проявляется нарушением минерализации костной ткани. Заболевание может быть следствием гиповитаминоза D 3. , отсутствием солнечных лучей, недостаточной чувствительностью организма к витамину. Биохимическими симптомами рахита являются снижение уровня кальция и фосфора в крови и снижение активности щелочной фосфатазы. У детей рахит проявляется нарушением остегенеза, деформаций костей, гипотонией мышц, повышенной нервно-мышечной возбудимостью. У взрослых гиповитаминоз приводит к кариесу и остеомаляции, у пожилых людей – к остеопорозу.

У новорожденных может развиваться транзиторная гипокальциемия , поскольку прекращается поступления кальция из организма матери и наблюдается гипопаратиреоз.

Гипокальцемия, гипофосфатемия могут встречаться при нарушении выработки паратгормона, кальцитонина, нарушении функции желудочно – кишечного тракта (рвота, диарея), почек, при механической желтухе, в период заживления переломов.

Обмен железа.

Общее содержание железа в организме взрослого человека составляет 5 г. Железо распределяется в основном внутриклеточно, где преобладает гемовое железо: гемоглобин, миоглобин, цитохромы. Внеклеточное железо представлено белком трансферрином. В плазме крови содержание железа равно 16-19 мкмоль/ л , в эритроцитах - 19 ммоль/л . О бмен железа у взрослых людей составляет 20-25 мг/сутки . Основная часть этого количества (90%) составляет эндогенное железо, освобождающееся при распаде эритроцитов, 10% - экзогенное железо, поступающее в составе пищевых продуктов.

Биологические функции железа:

• обязательный компонент окислительно - восстановительных процессов в организме
• транспорт кислорода (в составе гемоглобина)
• депонирование кислорода (в составе миоглобина)
• антиоксидантная функция (в составе каталазы и пероксидаз)
• стимулирует иммунные реакции в организме

Всасывание железа происходит в кишечнике и является лимитированным процессом. Считается, что всасывается 1/10 часть железа пищевых продуктов. В пищевых продуктах содержится окисленное 3-х валентное железо, которое в кислой среде желудка переходит в F е 2+ . Всасывание железа происходит в несколько этапов: поступление в энтероциты при участии муцина слизистой оболочки, внутриклеточный транспорт ферментами энтероцитов, переход железа в плазму крови. Во всасывании железа участвует белок апоферритин, который связывает железо и остаётся в слизистой кишечника, создавая депо железа. Эта стадия обмена железа является регуляторной: синтез апоферритина уменьшается при недостатке железа в организме.

Всосавшееся железо транспортируется в составе белка трансферрина, где окисляется церулоплазмином до F е 3+ , в результате чего возрастает растворимость железа. Трансферрин взаимодействует с тканевыми рецепторами, количество которых очень вариабельно. Этот этап обмена также является регуляторным.

Железо может депонироваться в форме ферритина и гемосидерина. Ферритин печени – водорастворимый белок, содержащий до 20% F е 2+ в виде фосфата или гидроксида. Гемосидерин – нерастворимый белок, содержит до 30% F е 3+ , включает в свой состав полисахариды, нуклеотиды, липиды..

Выведение железа из организма происходит в составе слущивающегося эпителия кожи, кишечника. Незначительное количество железа теряется через почки с жёлчью и слюной.

К наиболее часто встречающейся патологии обмена железа отностся железодефицитная анемия. Однако возможно и перенасыщение организма железом с накоплением гемосидерина и развитием гемохроматоза .

ТКАНЕВАЯ БИОХИМИЯ

Биохимия соединительной ткани .

Разнообразные виды соединительной ткани построены по единому принципу: в большой массе межклеточного основного вещества (протеогликаны и сетчатые гликопротеиды) распределены волокна (коллагеновые, эластиновые, ретикулиновые) и разнообразные клетки (макрофаги, фибробласты, и другие клетки).

Соединительная ткань выполняет разнообразные функции:

• опорная функция (костный скелет),
• барьерная функция,
• метаболическая функция (синтез в фибробластах химических компонентов ткани),
• депонирующая функция (накопление меланина в меланоцитах),
• репаративная функция (участие в заживлении ран),
• участие в водно-солевом обмене (протеогликаны связывают внеклеточную воду)

Состав и обмен основного межклеточного вещества .

Протеогликаны (смотри химию углеводов) и гликопротеиды (там же).

Синтез гликопротеидов и протеогликанов .

Углеводный компонент протеогликанов представлен гликозаминогликанами (ГАГ), включающими в свой состав ацетиламиносахара и уроновые кислоты. Исходным веществом для их синтеза служит глюкоза

1. глюкозо- 6 - фосфат → фруктозо-6-фосфат глютамин → глюкозамин .
2. глюкоза → УДФ-глюкоза → УДФ - глюкуроновая кислота
3. глюкозамин + УДФ-глюкуроновая кислота + ФАФС → ГАГ
4. ГАГ + белок → протеогликан

Распад протеогликанов, гликопротеидов о существляется различными ферментами: гиалуронидазой, идуронидазой, гексаминидазами, сульфатазами .

Обмен белков соединительной ткани.

Обмен коллагена

Основным белком соединительной ткани является коллаген (структуру смотри в разделе «Химия белков»). Коллаген - это полиморфный белок с различными вариантами сочетания полипептидных цепей в его составе. В организме человека преобладают фибриллообразующие формы коллагена 1,2,3 типа.

Синтез коллагена.

Синтез коллагена происходит в фиробластах и во внеклеточном пространстве, включает несколько стадий. На первых стадиях синтезируется проколлаген (представлен 3 полипептидными цепями, имеющими в своём составе дополнительные N и С концевые фрагменты). Затем происходит посттрансляционная модификация проколлагена двумя способами: путем окисления (гидроксилирование) и путём гликозилирования.

1. окислению подвергается аминокислоты лизин и пролин при участии ферментов лизиноксигеназы, пролиноксигеназы, ионов железа и витамина С. Образовавшиеся гидроксилизин, гидроксипролин, участвуют в формировании поперечных связей в коллагене
2. присоединение углеводного компонента осуществляется при участии ферментов гликозилтрансфераз .

Модифицированный проколлаген поступает в межклеточное пространство, где подвергается частичному протеолизу путём отщепления концевых N и С фрагментов. В результате проколлаген переходит в тропоколлаген - структурный блок коллагенового волокна.

Распад коллагена .

Коллаген - медленно обменивающийся белок. Распад коллагена осуществляется ферментом коллагеназой. Он является цинксодержащим ферментом, который синтезируется в виде проколлагеназы. Проколлагеназа активируется трипсином, плазмином, калликреином путём частичного протеолиза. Коллагеназа расщепляет коллаген в середине молекулы на большие фрагменты, которые далее расщепляются цинксодержащими ферментами желатиназами .

Витамин «С», аскорбиновая кислота, антицинготный витамин

В обмене коллагена очень важную роль играет витамин «С». По химической природе он является лактоном кислоты, по структуре близкой глюкозе. Суточная потребность в аскорбиновой кислоте для взрослого человека составляет 50 – 100 мг. Витамин «С» распространён в фруктах, овощах. Роль витамина «С» заключается в следующем:

• участвует в синтезе коллагена,
• участвует в обмене тирозина,
• участвует в переходе фолиевой кислоты в ТГФК,
• является антиоксидантом

Авитаминоз «С» проявляется цингой (гингивит, анемия, кровоточивость).

Обмен эластина .

Обмен эластина изучен недостаточно. Считается, что синтез эластина в виде проэластина происходит только в эмбриональном периоде. Распад эластина осуществляется ферментом нейтрофилов эластазой , который синтезируется в виде неактивной проэластазы.

Особенности состав и обмена соединительной ткани в детском возрасте.

• Выше содержание протеогликанов,
• Иное соотношение ГАГ: больше гиалуроновой кислоты, меньше хондроттинсульфатов и кератансульфатов.
• Преобладает коллаген 3 типа, менее устойчивый и более быстро обменивающийся.
• Более интенсивный обмен компонентов соединительной ткани.

Нарушения обмена соединительной ткани.

Возможны врождённые нарушения обмена гликозаминогликанов и протеогликанов – мукополисахаридозы. Вторую группу заболеваний соединительной ткани составляют коллагенозы, в частности, ревматизм. При коллагенозах наблюдается деструктция коллагена, одним из симптомов которой является гидроксипролинурия

Биохимия поперечно - полосатой мышечной ткани

Химический состав мышц: 80-82% составляет вода, 20% приходится на сухой остаток. 18% сухого остатка приходится на белки, остальная часть его представлена азотистыми небелковыми веществами, липидами, углеводами, минеральными веществами.

Белки мышц .

Белки мышц делятся на 3 вида:

1. саркоплазматические (водорастворимые) белки, составляют 30% всех белков мышц
2. миофибриллярные (солерастворимые) белки, составляют 50% всех белков мышц
3. стромальные (водонерастворимые) белки, составляют 20% всех мышечных белков

Миофибриллярные белки представлены миозином, актином, (основные белки) тропомиозином и тропонином (минорные белки).

Миозин - белок толстых нитей миофибрилл, имеет молекулярную массу около 500 000 д, состоит из двух тяжёлых цепей и 4 легких цепей. Миозин относится к группе глобулярно - фибрилярных белков. В нём чередуются глобулярные «головки» из лёгких цепей и фибриллярные «хвосты» из тяжёлых цепей. «Головка» миозина обладает ферментативной АТФ-азной активностью. На миозин приходится 50% миофибриллярных белков.

Актин представлен двумя формами глобулярной (G -форма ), фибриллярной (F -форма). G - форма имеет молекулярную массу 43 000 д. F -форма актина имеет вид закрученных нитей из шаровидных G -форм. На этот белок приходится 20-30% миофибриллярных белков.

Тропомиозин - минорный белок с молекулярной массой 65 000 д. Он имеет овальную палочковидную форму, укладывается в углублениях активной нити, и выполняет функцию «изолятора» между активной и миозиновой нитью.

Тропонин – Са - зависимый белок, который меняет свою структуру при взаимодействии с ионами кальция.

Саркоплазматитческие белки представлены миоглобином, ферментами, компонентами дыхательной цепи.

Стромальные белки - коллаген, эластин.

Азотистые экстрактивные вещества мышц.

К азотистым небелковым веществам относятся нуклеотиды (АТФ), аминокислоты (в частности, глютамат), дипептиды мышц (карнозин и ансерин). Данные дипептиды влияют на работу натриевых, кальциевых насосов, активируют работу мышц, регулируют апопоптоз, являются антиоксидантами. К азотистым веществам относится креатин, фосфокреатин и креатинин. Креатин синтезируется в печени и транспортируется в мышцы.

Органические безазотистые вещества

В мышцах содержатся все классы липидов . Углеводы представлены глюкозой, гликогеном и продуктами углеводного обмена (лактат, пируват).

Минеральные вещества

В мышцах содержится набор многих минеральных веществ. Наиболее высока концентрация кальция, натрия, калия, фосфора.

Химизм мышечного сокращения и расслабления.

При возбуждении поперечно – полосатых мышц происходит выход ионов кальция из саркоплазматического ретикулума в цитоплазму, где концентрация Са 2+ увеличивается до 10 -3 моля. Ионы кальция взаимодействует с регуляторным белком тропонином, изменяя его конформацию. В результате этого происходит смещение регуляторного белка тропомиозина вдоль актинового волокна и освобождение участков взаимодействия актина и миозина. Активируется АТФ-азная активность миозина. За счёт энергии АТФ изменяется угол наклона «головки» миозина по отношению к «хвосту», и в результате происходит скольжение актиновых нитей относительно миозиновых, наблюдается сокращение мышц.

По прекращении поступления импульсов ионы кальция «закачивается» в саркоплазматический ретикулум при участии Са - АТФ-азы за счёт энергии АТФ. Концентрация Са 2+ в цитоплазме снижается до 10 -7 моля, что ведёт к освобождению тропонина от ионов кальция. Это, в свою очередь, сопровождается изоляцией сократительных белков актина и миозина белком тропомиозином, происходит расслабление мышц .

Для мышечного сокращения последовательно используются следующие источники энергии :

1. ограниченный запас эндогенного АТФ
2. незначительный фонд креатинфосфата
3. образование АТФ за счёт 2 молекул АДФ при участии фермента миокиназы

(2 АДФ → АМФ + АТФ)

1. анаэробное окисление глюкозы
2. аэробные процессы окисления глюкозы, жирных кислот, ацетоновых тел

В детском возрасте в мышцах повышено содержание воды, меньше доля миофибриллярных белков, выше уровень стромальных белков.

К нарушениям химического состава и функции поперечно - полосатых мышц относятся миопатии, при которых наблюдается нарушение энергетического обмена в мышцах и снижение содержания миофибриллярных сократительных белков.

Биохимия нервной ткани .

Серое вещество головного мозга (тела нейронов) и белое вещество (аксоны) отличаются содержанием воды и липидов. Химический состав серого и белого вещества:

Белки головного мозга

Белки головного мозга различаются по растворимости. Выделяют водорастворимые (солерастворимые) белки нервной ткани, к которым относятся нейроальбумины, нейроглобулины, гистоны, нуклеопротеиды, фосфопротеиды, и водонерастворимые (соленерастворимые), к которым относятся нейроколлаген, нейроэластин, нейростромин.

Азотистые небелковые вещества

Небелковые азотсодержащие вещества мозгапредставлены аминокислотами, пуринами, мочевой кислотой, дипептидом карнозином, нейропептидами, нейромедиаторами. Среди аминокислот в большей концентрации содержатся глютамат и аспатрат, относящиеся к возбуждающим аминокислотам головного мозга.

Нейропептиды (нейроэнкефалины, нейроэндорфины) – это пептиды, обладающие морфиноподобным обезболивающим эффектом. Они являются иммуномодуляторами, выполняют нейромедиаторную функцию. Нейромедиаторы норадреналин и ацетилхолин являются биогенными аминами.

Липиды головного мозга

Липиды составляют 5% сырой массы серого вещества и 17% сырой массы белого вещества, соответственно 30 - 70% от сухой массы мозга. Липиды нервной ткани представлены:

• свободными жирными кислотами (арахидоновая, цереброновая, нервоновая)
• фосфолипидами (ацетальфосфатиды, сфингомиелины, холинфосфатиды, холестерин)
• сфинголипидами (ганглиозиды, цереброзиды)

Распределение жиров в сером и белом веществе неравномерно. В сером веществе отмечается более низкое содержание холестерина, высокое содержание цереброзидов. В белом веществе выше доля холестерина и ганглиозидов.

Углеводы головного мозга

Углеводы содержатся в ткани мозга в очень низкой концентрации, что является следствием активного использования глюкозы в нервной ткани. Углеводы представлены глюкозой в концентрации 0,05%, метаболитами углеводного обмена.

Минеральные вещества

Натрий, кальций, магний, распределены в сером и белом веществе довольно равномерно. В белом веществе отмечается повышенная концентрация фосфора.

Основная функция нервной ткани заключается в проведении и передаче нервного импульса.

Проведение нервного импульса

Проведение нервного импульса связано с изменением концентрации натрия и калия внутри и вне клеток. При возбуждении нервного волокна резко увеличивается проницаемость нейронов и их отростков для натрия. Натрий из внеклеточного пространства поступает внутрь клеток. Выход калия из клеток задерживается. В результате происходит возникновение заряда на мембране: наружная поверхность приобретает отрицательный заряд, а внутренняя положительный заряд - возникает потенциал действия . По окончании возбуждения ионы натрия «выкачиваются» во внеклеточное пространство при участии К, Na -АТФ-азы, и мембрана перезаряжается. Снаружи возникает положительный заряд, а внутри - отрицательный заряд - возникает потенциал покоя .

Передача нервного импульса

Передача нервного импульса в синапсахпроисходит в синапсах осуществляется с помощью нейромедиаторов. Классическими нейромедиаторами являются ацетилхолин и норадреналин.

Ацетилхолин синтезируется их ацетил-КоА и холина при участии фермента ацетилхолинтрансферазы , накапливается в синаптических пузырьках, выделяется в синаптическую щель и взаимодействует с рецепторами постсинаптической мембраны. Ацетилхолин разрушается ферментом холинэстеразой .

Норадреналин синтезируется из тирозина, разрушается ферментом моноаминоксидазой .

В качестве медиаторов могут выступать также ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), серотонин, глицин.

Особенности метаболизма нервной ткани заключаются в следующем:

• наличие гематоэнцефалического барьера ограничивает проницаемость мозга для многих веществ,
• преобладают аэробные процессы
• основным энергетическим субстратом является глюкоза

У детей к моменту рождения сформировано 2/3 нейронов, остальная часть их формируется в течение первого года. Масса мозга у годовалого ребёнка составляет около 80% от массы мозга взрослого человека. В процессе созревания мозга резко увеличивается содержание липидов, активно протекают процессы миелинизации.

Биохимия печени.

Химический состав ткани печени: 80% вода, 20% сухой остаток (белки, азотистые вещества, липиды, углеводы, минеральные вещества).

Печень участвует во всех видах обмена организма человека.

Углеводный обмен

В печени активно протекает синтез и распад гликогена, глюконеогенез, происходит усвоение галактозы и фруктозы, активен пентозофосфатный путь.

Липидный обмен

В печени происходит синтез триацилглицеринов, фосфолипидов, холестерина, синтез липопротеидов (ЛПОНП, ЛПВП), синтез жёлчных кислот из холестерина, синтез ацетоновых тел, которые затем транспортируются в ткани,

Азотистый обмен

Для печени характерен активный обмен белков. В ней происходит синтез всех альбуминов и большинства глобулинов плазмы крови, факторов свёртывания крови. В печени также определённый создаётся резерв белков организма. В печени активно протекает катаболизм аминокислот – дезаминирование, трансаминирование, синтез мочевины. В гепатоцитах происходит распад пуринов с образованием мочевой кислоты, синтез азотистых веществ - холина, креатина.

Антитоксическая функция

Печень является важнейшим органом обезвреживания как экзогенных (лекарственных веществ), так и эндогенных токсических веществ (билирубин, продукты гниения белков аммиак). Детоксикация ядовитых веществ в печени происходит в несколько этапов:

1. повышается полярность и гидрофильность обезвреживаемых веществ путём окисления (индол в индоксил), гидролиза (ацетилсалициловая → уксусная + салициловая кислоты), восстановления и т. д.
2. конъюгирование с глюкуроновой кислотой, серной кислотой, гликоколом, глютатионом, металотионеином (для солей тяжелых металлов)

В результате биотрансформации токсичность, как правило, заметно снижается.

Пигментный обмен

Участие печени в обмене жёлчных пигментов состоит в обезвреживании билирубина, разрушении уробилиногена

Порфириновый обмен :

В печени происходит синтез порфобилиногена, уропорфириногена, копропорфириногена, протопорфирина и гема.

Обмен гормонов

Печень активно осуществляет инактивацию адреналина, стероидов (конъюгирование, окисление), серотонина, других биогенных аминов.

Водно-солевой обмен

Печень косвенно участвует в водно-солевом обмене путём синтеза белков плазмы крови, определяющих онкотическое давление, синтеза ангиотензиногена – предшественника ангиотензина II .

Минеральный обмен

: В печени происходит депонирование железа, меди, синтез транспортных белков церулоплазмина и трансферрина, экскреция минеральных веществ в составе жёлчи..

В раннем детском возрасте функции печени находятся в стадии становления, возможно их нарушение.

Литература

Баркер Р.: Наглядная неврология. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005

И.П. Ашмарин, Е.П. Каразеева, М.А. Карабасова и др.: Патологическая физиология и биохимия. - М.: Экзамен, 2005

Кветная Т.В.: Мелатонин - нейроиммуноэндокринный маркер возрастной патологии. - СПб.: ДЕАН, 2005

Павлов А.Н.: Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. - М.: Высшая школа, 2005

Печерский А.В.: Частичный возрастной андрогенный дефицит. - СПб.: СПбМАПО, 2005

Под ред. Ю.А. Ершова; Рец. Н.Е. Кузьменко: Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. - М.: Высшая школа, 2005

Т.Л. Алейникова и др. ; Под ред. Е.С. Северина; Рец.: Д.М. Никулина, З.И. Микашенович, Л.М. Пустовалова: Биохимия. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2005

Тюкавкина Н.А.: Биоорганическая химия. - М.: Дрофа, 2005

Жижин Г.В.: Саморегулируемые волны химических реакций и биологических популяций. - СПб.: Наука, 2004

Иванов В.П.: Белки клеточных мембран и сосудистые дистонии у человека. - Курск: КГМУ КМИ, 2004

Ин-т физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН; Отв. ред. В.В. Кузнецов: Андрей Львович Курсанов: Жизнь и творчество. - М.: Наука, 2004

Комов В.П.: Биохимия. - М.: Дрофа, 2004

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

КАРАГАНДИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИ Н СКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра общей и биологической химии

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ

(Водно-солевой обмен. Биохимия почек и мочи)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Караганда 2004

Авторы: зав. кафедрой проф. Л.Е. Муравлева, доцент Т.С. Омаров, доцент С.А. Искакова, преподаватели Д.А. Клюев, О.А. Понамарева, Л.Б. Айтишева

Рецензент: профессор Н.В. Козаченко

Утверждена на заседании кафедры пр.№ __ от __2004 г.

Утверждена зав. кафедрой

Утверждена на МК медико-биологического и фармацевтического факультетов

пр.№ _от __2004 г.

Председатель

1. Водно-солевой обмен

Одним из наиболее часто нарушающихся при патологии видов обмена веществ является водно-солевой. Он связан с постоянным движением воды и минеральных веществ из внешней среды организма во внутреннюю, и наоборот.

В организме взрослого человека на воду приходится 2/3 (58-- 67%) массы тела. Около половины ее объема сосредоточено в мышцах. Потребность в воде (человек ежесуточно получает до 2,5--3 л жидкости) покрывается за счет поступления ее в виде питья (700--1700 мл), преформированной воды, входящей в состав пищи (800--1000 мл), и воды, образующейся в организме при обмене веществ -- 200--300 мл (при сгорании 100 г жиров, белков и углеводов образуется соответственно 107,41 и 55 г воды). Эндогенная вода в относительно большом количестве синтезируется при активации процесса окисления жиров, что наблюдается при различных, прежде всего пролонгированных стрессовых состояниях, возбуждении симпатико-адреналовой системы, разгрузочной диетотерапии (нередко используемой для лечения больных ожирением).

Благодаря постоянно происходящим обязательным водным потерям внутренний объем жидкости в организме сохраняется неизмененным. К числу таких потерь относят ренальные (1,5 л) и экстраренальные, связанные с выделением жидкости через желу-дочно-кишечный тракт (50--300 мл), дыхательные пути и кожу (850--1200 мл). В целом объем обязательных потерь воды составляет 2,5--3 л, во многом зависят от количества выводимых из организма шлаков.

Участие воды в процессах жизнедеятельности весьма разнообразно. Вода является растворителем многих соединений, непосредственным компонентом ряда физико-химических и биохимических превращений, транспортером эндо- и экзогенных веществ. Кроме того, она выполняет механическую функцию, ослабляя трение связок, мышц, поверхности хрящей суставов (тем самым облегчая их подвижность), участвует в терморегуляции. Вода поддерживает гомеостаз, зависящий от величины осмотического давления плазмы (изоосмия) и объема жидкости (изоволемия), функционирования механизмов регуляции кислотно-основного состояния, протекания процессов, обеспечивающих постоянство температуры (изотермию).

В организме человека вода пребывает в трех основных физико-химических состояниях, в соответствии с которыми выделяют: 1) свободную, или мобильную, воду (составляет основную часть внутриклеточной жидкости, а также крови, лимфы, интерстициальной жидкости); 2) воду, связанную гидрофильными коллоидами, и 3) конституциональную, входящую в структуру молекул белков, жиров и углеводов.

В организме взрослого человека массой 70 кг объем свободной воды и воды, связанной гидрофильными коллоидами, составляет примерно 60% массы тела, т.е. 42 л. Эта жидкость представлена внутриклеточной водой (на ее долю приходится 28 л, или 40% массы тела), составляющей внутриклеточный сектор, и внеклеточной водой (14 л, или 20% массы тела), образующей внеклеточный сектор. В состав последнего входит внутрисосудистая (интраваскулярная) жидкость. Этот внутрисосудистый сектор образован плазмой (2,8 л), на долю которой приходится 4--5% массы тела, и лимфой.

Интерстициальная вода включает в себя собственно межклеточную воду (свободную межклеточную жидкость) и организованную внеклеточную жидкость (составляющую 15--16% массы тела, или 10,5 л), т.е. воду связок, сухожилий, фасций, хрящей и т.д. Кроме того, к внеклеточному сектору относят воду, находящуюся в некоторых полостях (брюшной и плевральной полости, перикарда, суставов, желудочков мозга, камерах глаза и др.), а также в желудочно-кишечном тракте. Жидкость этих полостей не принимает активного участия в метаболических процессах.

Вода человеческого организма не застаивается в различных его отделах, а постоянно движется, непрерывно обмениваясь с другими секторами жидкости и с внешней средой. Передвижение воды во многом осуществляется благодаря выделению пищеварительных соков. Так, со слюной, с соком поджелудочной железы в кишечную трубку направляется около 8 л воды в сутки, но эта вода вследствие всасывания в более низких участках пищеварительного тракта практически не теряется.

Жизненно необходимые элементы подразделяются на макроэлементы (суточная потребность >100 мг) и микроэлементы (суточная потребность <100 мг). К макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), кальций (Ca), магний (Мg), хлор (Cl), фосфор (Р), сера (S) и иод (I). К жизненно важным микроэлементам, необходимым лишь в следовых количествах, относятся железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Мn), медь (Cu), кобальт (Со), хром (Сr), селен (Se) и молибден (Мо). Фтор (F) не принадлежит к этой группе, однако он необходим для поддержания в здоровом состоянии костной и зубной ткани. Вопрос относительно принадлежности к жизненно важным микроэлементам ванадия, никеля, олова, бора и кремния остается открытым. Такие элементы принято называть условно эссенциальными.

В таблице 1 (колонка 2) приведено среднее содержание минеральных веществ в организме взрослого человека (в расчете на массу 65 кг). Среднесуточная потребность взрослого человека в указанных элементах приведена в колонке 4. У детей и женщин в период беременности и кормления ребенка, а также у больных потребность в микроэлементах обычно выше.

Так как многие элементы могут запасаться в организме, отклонение от суточной нормы компенсируется во времени. Кальций в форме апатита запасается в костной ткани, иод -- в составе тиреоглобулина в щитовидной железе, железо -- в составе ферритина и гемосидерина в костном мозге, селезенке и печени. Местом хранения многих микроэлементов служит печень.

Обмен минеральных веществ контролируется гормонами. Это относится, например, к потреблению Н 2 О, Ca 2+ , PO 4 3- , связыванию Fe 2+ , I - , экскреции H 2 O, Na + , Ca 2+ , PO 4 3- .

Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и в ряде случаев от состава пищевых продуктов. В качестве примера влияния состава пищи можно рассмотреть кальций. Всасыванию ионов Ca 2+ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют всасывание кальция из-за комплексообразования и образования плохо растворимых солей (фитин).

Дефицит минеральных веществ -- явление не столь редкое: оно возникает по различным причинам, например из-за однообразного питания, нарушения усвояемости, при различных заболеваниях. Недостаток кальция может наступить в период беременности, а также при рахите или остеопорозе. Хлородефицит наступает из-за большой потери ионов Сl - при сильной рвоте. Из-за недостаточного содержания иода в пищевых продуктах во многих районах Центральной Европы распространенным явлением стали иодо дефицитные состояния и зобная болезнь. Дефицит магния может возникать из-за диареи или из-за однообразного питания при алкоголизме. Недостаток в организме микроэлементов часто проявляется нарушением кроветворения, т.е. анемией.В последней колонке перечислены функции, выполняемые в организме указанными минеральными веществами. Из данных таблицы видно, что почти все макроэлементы функционируют в организме как структурные компоненты и электролиты. Сигнальные функции выполняют иод (в составе иодтиронина) и кальций. Большинство микроэлементов являются кофакторами белков, главным образом ферментов. В количественном отношении в организме преобладают железосодержащие белки гемоглобин, миоглобин и цитохром, а также более 300 цинксодержащих белков.

2. Регуляция водно-солевого обмена. Роль вазопрессина, альдостерона и ренин-ангиотензиновой системы

Основными параметрами водно-солевого гомеостаза являются осмотическое давление, рН и объем внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Изменение этих параметров может привести к изменению артериального давления, ацидозу или алкалозу, дегидратации и отекам. Основными гормонами, участвующими в регуляции водно-солевого баланса, являются АДГ, альдостерон и предсердный натрий-уретический фактор (ПНФ).

АДГ, или вазопрессин, -- пептид, содержащий 9 аминокислот, соединенных одним дисульфидным мостиком. Синтезируется в виде прогормона в гипоталамусе, затем переносится в нервные окончания задней доли гипофиза, из которых секретируется в кровоток при соответствующей стимуляции. Перемещение по аксону связано со специфическим белком-переносчиком (нейрофизином)

Стимулом, вызывающим секрецию АДГ, служит повышение концентрации ионов натрия и увеличение осмотического давления внеклеточной жидкости.

Наиболее важные клетки-мишени для АДГ - клетки дистальных канальцев и собирательные трубочки почек. Клетки этих протоков относительно непроницаемы для воды, и в отсутствие АДГ моча не концентрируется и может выделяться в количествах, превышающих 20 л в сутки (норма 1--1,5 л в сутки).

Для АДГ существуют два типа рецепторов - V 1 и V 2 . Рецептор V 2 обнаружен только на поверхности эпителиальных клеток почек. Связывание АДГ с V 2 сопряжено с аденилатциклазной системой и стимулирует активацию протеинкиназы А (ПКА). ПКА фосфорилирует белки, которые стимулируют экспрессию гена мембранного белка -- аквапорина-2. Аквапорин 2 перемещается к апикальной мембране, страивается в нее и образует водные каналы. Эти обеспечивают селективную проницаемость мембраны клеток для воды. Молекулы воды свободно диффундируют в клетки почечных канальцев, а затем поступают в интерстициальное пространство. В результате происходит реабсорбция воды из почечных канальцев. Рецепторы типа V 1 локализованы в мембранах гладких мышц. Взаимодействие АДГ с рецептором V 1 приводит к активации фосфолипазы С, которая гидролизует фосфатидилинозитол-4,5-бифоcфат с образованием ИФ-3. ИФ-3 вызывает высвобождение Са 2+ из эндоплазматического ретикулума. Результатом действия гормона через рецепторы V 1 является сокращение гладкомышечного слоя сосудов.

Дефицит АДГ, вызванный дисфункцией задней доли гипофиза, а также нарушением в системе передачи гормонального сигнала может приводить к развитию несахарного диабета. Основным проявлением несахарного диабета является полиурия, т.е. выделение большого количества мочи низкой плотности.

Альдостерон - наиболее активный минералокортикостероид синтезируется в коре надпочечников из холестерина.

Синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны стимулируют ангиотензин II, АКТГ, простагландин Е. Эти процессы также активируются при высокой концентрации К + и низкой концентрации Na + .

Гормон проникает внутрь клетки-мишени и взаимодействует со специфическим рецептором, расположенным как в цитозоле, так и в ядре.

В клетках почечных канальцев альдостерон стимулирует синтез белков, которые выполняют разные функции. Эти белки могут: а) увеличивать активность натриевых каналов в мембране клеток дистальных почечных канальцев, способствуя тем самым транспорту ионов натрия из мочи в клетки; б)являться ферментами ЦТК и, следовательно, увеличивать способность цикла Кребса генерировать молекулы АТР, необходимые для активного транспорта ионов; в) активировать работу насоса К + , Na + -АТФазы и стимулировать синтез новых насосов. Суммарным результатом действия белков, которых индуцируется альдостероном, является увеличение реабсорбции ионов натрия в ка-нальцах нефронов, что вызывает задержку NaCl в организме.

Главным механизмом регуляции синтеза и секреции альдостерона служит ренин-ангиотензиновая система.

Ренин -- фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками почечных афферентных артериол. Локализация этих клеток делает их особенно чувствительными к изменению артериального давления. Снижение артериального давления, потеря жидкости или крови, уменьшение концентрации NaCI стимулируют высвобождение ренина.

Ангиотензиноген -- 2 - глобулин, образующийся в печени. Он служит субстратом для ренина. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена и отщепляет N-концевой декапептид (ангиотензин I).

Ангиотензин I служит субстратом для антиотензинпревращающего фермента карбоксидипептидилпептидазы, выявленного в эндотелиальных клетках и плазме крови. От ангиотензина I отщепляются 2 терминальные аминокислоты с образованием октапептида -- ангиотензина II.

Ангиотензин II стимулирует выработку альдостерона, вызывает сужение артериол вследствие чего повышается артериальное давление и вызывает жажду. Ангиотензин II активирует синтез и секрецию альдостерона через инозитолфосфатную систему.

ПНФ -- пептид, содержащий 28 аминокислот с единственным дисульфидным мостиком. ПНФ синтезируется и хранится в виде препрогормона (состоящего из 126 аминокислотных остатков) в кардиоцитах.

Основной фактор, регулирующий секрецию ПНФ -- повышение артериального давления. Другие стимулы: увеличение осмомолярности плазмы, повышение частоты сердцебиения, повышенный уровень катехоламинов в крови и глюкокортикоидов.

Основные органы-мишени ПНФ - почки, периферические артерии.

Механизм действия ПНФ имеет ряд особенностей. Рецептор ПНФ плазматической мембраны являем белком, обладающим активностью гуанилатциклазы. Рецептор имеет доменное строение. Домен, связывающийся с лигандом, локализован во внеклеточном пространстве. В отсутствие ПНФ внутриклеточный домен рецептора ПНФ находится в фосфорилированном состоянии и неактивен. В результате связывания ПНФ с рецептором гуанилатциклазная активность рецептора возрастает и происходит образование циклического GMP из GTP. В результате действия ПНФ ингибируются образование и секреция ренина и альдостерона. Суммарным эффектом действия ПНФ является увеличение экскреции Na + и воды и понижение артериального давления.

ПНФ обычно рассматривают как физиологический антагонист ангиотензина II, поскольку под его влияния возникают не сужение просвета сосудов и (через регуляцию секреции альдостерона) задержка натрия, а наоборот, расширение сосудов и потеря соли.

3. Биохимия почек

Основной функцией почек является выведение из организма воды и водорастворимых веществ (конечных продуктов обмена веществ) (1). С экскреторной функцией тесно связана функция регуляции ионного и кислотно-основного равновесия внутренней среды организма (гомеостатическая функция). 2). Обе функции контролируются гормонами. Кроме того, почки выполняют эндокринную функцию, принимая непосредственное участие в синтезе многих гормонов (3). Наконец, почки участвуют в процессах промежуточного метаболизма (4), особенно в глюконеогенезе и расщеплении пептидов и аминокислот (рис.1).

Через почки проходит очень большой объем крови: 1500 л в сутки. Из этого объема отфильтровывается 180 л первичной мочи. Затем объем первичной мочи существенно снижается за счет реабсорбции воды, в итоге суточный выход мочи составляет 0,5-2,0 л.

Экскреторная функция почек. Процесс мочеобразования

Процесс мочеобразования в нефронах складывается из трех этапов.

Ультрафильтрация (гломерулярная или клубочковая фильтрация). В клубочках почечных телец из плазмы крови в процессе ультрафильтрации образуется первичная моча, изоосмотическая с плазмой крови. Поры, через которые фильтруется плазма, имеют эффективный средний диаметр 2,9 нм. При таком размере пор все компоненты плазмы крови с молекулярной массой (М) до 5 кДа свободно проходят через мембрану. Вещества с M < 65 кДа частично проходят через поры, и только крупные молекулы (М > 65 кДа) удерживаются порами и не попадают в первичную мочу. Так как большинство белков плазмы крови имеют достаточно высокую молекулярную массу (М > 54 кДа) и заряжены отрицательно, они удерживаются гломерулярной базальной мембраной и содержание белков в ультрафильтрате незначительно.

Реабсорбция. Первичная моча концентрируется (примерно в 100 раз по сравнению с исходным объемом) за счет обратной фильтрации воды. Одновременно по механизму активного транспорта в канальцах реабсорбируются практически все низкомолекулярные вещества, особенно глюкоза, аминокислоты, а также большинство электролитов -неорганических и органических ионов (рисунок 2).

Реабсорбция аминокислот осуществляется с помощью группоспецифичных транспортных систем (переносчиков).

Кальций- и фосфат-ионы. Ионы кальция (Са 2+) и фосфат-ионы почти полностью реабсорбируются в почечных канальцах, причем процесс идет с затратой энергии (в форме АТФ). Выход по Са 2+ составляет более 99%, по фосфат-ионам -- 80-90%. Степень реабсорбции этих электролитов регулируется паратгормоном (паратирином), кальцитонином и кальцитриолом.

Пептидный гормон паратирин (ПТГ), секретируемый паращитовидной железой, стимулирует реабсорбцию ионов кальция и одновременно ингибирует реабсорбцию ионов фосфата. В сочетании с действием других гормонов костной ткани и кишечника это приводит к увеличению уровня ионов кальция в крови и снижению уровня фосфат-ионов.

Кальцитонин, пептидный гормон из С-клеток щитовидной железы, ингибирует реабсорбцию ионов кальция и фосфата. Это приводит к снижению уровня обоих ионов в крови. Соответственно, в отношении регуляции уровня ионов кальция кальцитонин является антагонистом паратирина.

Стероидный гормон кальцитриол, образующийся в почках, стимулирует всасывание ионов кальция и фосфат-ионов в кишечнике, способствует минерализации костей, участвует в регуляции реабсорбции ионов кальция и фосфата в почечных канальцах.

Ионы натрия. Реабсорбция ионов Na + из первичной мочи является очень важной функцией почек. Это высокоэффективный процесс: всасывается около 97% Na + . Стероидный гормон альдостерон стимулирует, а атриальный натрийуретический пептид [АНП (ANP)], синтезируемый в предсердии, напротив, ингибирует этот процесс. Оба гормона регулируют работу Na + /К + -АТФ-азы, локализованной на той стороне плазматической мембраны клеток канальцев (дистального отдела и собирательных трубочек нефрона), которая омывается плазмой крови. Этот натриевый насос выкачивает ионы Na + из первичной мочи в кровь в обмен на ионы К + .

Вода. Реабсорбция воды -- процесс пассивный, при котором вода всасывается в осмотически эквивалентном объеме вместе с ионами Na + . В дистальной части нефрона вода может всасываться только в присутствии пептидного гормона вазопрессина (антидиуретического гормона, АДГ), секретируемого гипоталамусом. АНП ингибирует реабсорбцию воды. т. е. усиливает выведение воды из организма.

За счет пассивного транспорта всасываются ионы хлора (2/3) и мочевина. Степень реабсорбции определяет абсолютное количество веществ, остающихся в моче и экскретируемых из организма.

Реабсорбции глюкозы из первичной мочи - энергозависимый процесс, сопряженный с гидролизом АТФ. Вместе с тем он сопровождается сопутствующим транспортом ионов Na + (по градиенту, так как концентрация Na + с первичной моче выше, чем в клетках). По аналогичному механизму всасываются также аминокислоты и кетоновые тела.

Процессы реабсорбции и секреции электролитов и неэлектролитов локализованы в различных отделах почечных канальцев.

Секреция. Большинство веществ, подлежащих выведению из организма, поступают в мочу за счет активного транспорта в почечных канальцах. К таким веществам относятся ионы H + и К + , мочевая кислота и креатинин, лекарственные вещества, например пенициллин.

Органические составляющие мочи:

Основную часть органической фракции мочи составляют азотсодержащие вещества, конечные продукты азотистого обмена. Мочевина, образующаяся в печени. является переносчиком азота, содержащегося в аминокислотах и пиримидиновых основаниях. Количество мочевины непосредственно связано с метаболизмом белка: 70 г белка приводит к образованию ~30 г мочевины. Мочевая кислота служит конечным продуктом обмена пуринов. Креатинин, который образуется за счет спонтанной циклизации креатина, является конечным продуктом обмена веществ в мышечной ткани. Поскольку суточное выделение креатинина является индивидуальной характеристикой (оно прямо пропорционально мышечной массе), креатинин может использоваться как эндогенное вещество для определения скорости гломерулярной фильтрации. Содержание в моче аминокислот зависит от характера питания и эффективности работы печени. В моче присутствуют также производные аминокислот (например, гиппуровая кислота). Содержание в моче производных аминокислот, входящих в состав специальных белков, например гидроксипролина, присутствующего в коллагене, или 3-метилгистидина, входящего в состав актина и миозина, может служить показателем интенсивности расщепления этих белков.

Составными компонентами мочи являются образующиеся в печени конъюгаты с серной и глюкуроновой кислотами, глицином и другими полярными веществами.

В моче могут присутствовать продукты метаболической трансформации многих гормонов (катехоламинов, стероидов, серотонина). По содержанию конечных продуктов можно судить о биосинтезе этих гормонов в организме. Белковый гормон хориогонадотропин (ХГ, M 36 кДа), образующийся в период беременности, попадает в кровь и обнаруживается в моче иммунологическими методами. Присутствие гормона служит показателем беременности.

Желтую окраску моче придают урохромы -- производные желчных пигментов, образующихся при деградации гемоглобина. Моча темнеет при хранении за счет окисления урохромов.

Неорганические составляющие мочи (рисунок 3)

В моче присутствуют катионы Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ и NH 4 + , анионы Cl - , SO 4 2- и НРО 4 2- и в следовых количествах другие ионы. Содержание кальция и магния в фекалиях существенно выше, чем в моче. Количество неорганических веществ в значительной степени зависит от характера питании. При ацидозе может сильно повыситься экскреция аммиака. Выведение многих ионов регулируется гормонами.

Изменения концентрации физиологических компонентов и появление патологических составляющих мочи используются для диагностики заболеваний. Например, при диабете в моче присутствуют глюкоза и кетоновые тела (приложение).

4. Гормональная регуляция мочеобразования

Объем мочи и содержание ионов в ней регулируется благодаря сочетанному действию гормонов и особенностям строения почки. На объем суточной мочи оказывают влияние гормоны:

АЛЬДОСТЕРОН и ВАЗОПРЕССИН (механизм их действия обсуждался ранее).

ПАРАТГОРМОН - гормон паращитовидной железы белково-пептидной природы, (мембранный механизм действия, через цАМФ) также влияет на удаление солей из организма. В почках он усиливает канальцевую реабсорбцию Са +2 и Mg +2 , увеличивает экскрецию К + , фосфата, HCO 3 - и уменьшает экскрецию H + и NH 4 + . В основном это происходит благодаря снижению канальцевой реабсорбции фосфата. Одновременно в плазме крови увеличивается концентрация кальция. Гипосекреция паратгормона приводит к обратным явлениям - увеличению содержания фосфатов в плазме крови и к снижению содержания Ca +2 в плазме.

ЭСТРАДИОЛ - женский половой гормон. Стимулирует синтез 1,25-диоксивитаминаD 3 , усиливает реабсорбцию кальция и фосфора в почечных канальцах.

Гомеостатическая функция почек

1) водно-солевой гомеостаз

Почки участвуют в поддержании постоянного количества воды путем влияния на ионный состав внутри- и внеклеточных жидкостей. Около 75 % ионов натрия, хлора и воды реабсорбируется из клубочкового фильтрата в проксимальном канальце благодаря упомянутому АТФазному механизму. При этом активно реабсорбируются только ионы натрия, анионы перемещаются благодаря электрохимическому градиенту, а вода реабсорбируется пассивно и изоосмотически.

2)участие почек в регуляции кислотно-щелочного равновесия

Концентрация ионов Н + в плазме и в межклеточном пространстве составляет около 40 нМ. Это соответствует величине рН 7,40. рН внутренней среды организма должен поддерживаться постоянным, так как существенные изменения концентрации прогонов не совместимы с жизнью.

Постоянство величины рН поддерживается буферными системами плазмы, которые могут компенсировать кратковременные нарушения кислотно-основного баланса. Длительное рН-равновесие поддерживается с помощью продукции и удаления протонов. При нарушениях в буферных системах и при несоблюдении кислотно-основного баланса, например в результате заболевания почек или сбоев в периодичности дыхания из-за гипо- или гипервентиляции, величина рН плазмы выходит за допустимые пределы. Уменьшение величины рН 7,40 более, чем на 0,03 единицы, называется ацидозом, а повышение -- алкалозом

Происхождение протонов. Существуют два источника протонов -- свободные кислоты пищи и серосодержащие аминокислоты белков, полученные с пищей кислоты, например, лимонная, аскорбиновая и фосфорная, отдают протоны в кишечном тракте (при щелочном рН). В обеспечение баланса протонов наибольший вклад вносят образующиеся при расщеплении белков аминокислоты метионин и цистеин. В печени атомы серы этих аминокислот окисляются до серной кислоты, которая диссоциирует на сульфат-ион и протоны.

При анаэробном гликолизе в мышцах и эритроцитах глюкоза превращается в молочную кислоту, диссоциация которой приводит к образованию лактата и протонов. Образование кетоновых тел -- ацетоуксусной и 3-гидроксимасляной кислот -- в печени также приводит к освобождению протонов, избыток кетоновых тел ведет к перегрузке буферной системы плазмы и снижению рН (метаболический ацидоз; молочная кислота > лактацидоз, кетоновые тела > кетоацидоз). В нормальных условиях эти кислоты обычно метаболизируют до СО 2 и Н 2 О и не влияют на баланс протонов.

Поскольку для организма особую опасность представляет ацидоз, в почках имеются специальные механизмы борьбы с ним:

а) секреция Н +

Этот механизм включает в себя процесс образования СО 2 в метаболических реакциях, протекающих в клетках дистального канальца; затем образование Н 2 СО 3 под действием карбоангидразы; дальнейшую диссоциацию ее на Н + и НСО 3 - и обмен ионов Н + на ионы Na + . Затем натрий и бикарбонатные ионы диффундируют в кровь, обеспечивая ее подщелачивание. Этот механизм проверен в эксперименте - введение ингибиторов карбоангидразы приводит к усилению потерь натрия с вторичной мочой и прекращается подкисление мочи.

б) аммониогенез

Активность ферментов аммониогенеза в почках особенно высока в условиях ацидоза.

К ферментам аммониогенеза относятся глутаминаза и глутаматдегидрогеназа:

в) глюконеогенез

Протекает в печени и в почках. Ключевой фермент процесса - почечная пируваткарбоксилаза. Фермент наиболее активен в кислой среде - этим он отличается от такого же печеночного фермента. Поэтому при ацидозе в почках происходит активация карбоксилазы и кислореагирующие вещества (лактат, пируват) более интенсивно начинают превращаться в глюкозу, не обладающую кислыми свойствами.

Этот механизм важен при ацидозе, связанном с голоданием (при недостатке углеводов или при общем недостатке питания). Накопление кетоновых тел, которые по своим свойствам являются кислотами - стимулирует глюконеогенез. А это способствует улучшению кислотно-щелочного состояния и одновременно снабжает организм глюкозой. При полном голодании до 50% глюкозы крови образуются в почках.

При алкалозе - тормозится глюконеогенез, (в результате изменения рН угнетается ПВК-карбоксилаза) тормозится секреция протонов, но одновременно усиливается гликолиз и увеличивается образование пирувата и лактата.

Метаболическая функция почек

1) Образование активной формы витамина D 3 . В почках, в результате реакции микросомального окисления происходит заключительный этап созревания активной формы витамина Д 3 - 1,25-диоксихолекальциферола. Предшественник этого витамина - витамин Д 3 , синтезируется в коже, под действием ультрафиолетовых лучей из холестерина, и затем гидроксилируется: сначала в печени (в положении 25), а затем в почках (в положении 1). Таким образом, участвуя в образовании активной формы витамина Д 3 , почки оказывают влияние на фосфорно-кальциевый обмен в организме. Поэтому при заболеваниях почек, когда нарушаются процессы гидроксилирования витамина Д 3 , может развиться ОСТЕОДИСТРОФИЯ.

2) Регуляция эритропоэза. В почках вырабатывается гликопротеин, названный почечным эритропоэтическим фактором (ПЭФ или ЭРИТРОПОЭТИН). Он является гормоном, который способен оказывать воздействие на стволовые клетки красного костного мозга, которые являются клетками-мишенями для ПЭФ. ПЭФ направляет развитие этих клеток по пути зритропоэза, т.е. стимулирует образование эритроцитов. Скорость выделения ПЭФ зависит от обеспечения почек кислородом. Если количество поступающего кислорода снижается, то увеличивается выработка ПЭФ - это ведет к увеличению количества эритроцитов в крови и улучшению снабжения кислородом. Поэтому при заболеваниях почек иногда наблюдается почечная анемия.

3) Биосинтез белков. В почках активно идут процессы биосинтеза белков, которые необходимы другим тканям. Здесь синтезируются некоторые компоненты:

- системы свертывания крови;

- системы комплемента;

- системы фибринолиза.

- в почках в клетках юкстагломерулярного аппарата (ЮГА) синтезируется РЕНИН

Ренин-ангиотензин-альдостероновая система работает в тесном контакте с другой системой регуляции сосудистого тонуса: КАЛЛИКРЕИН-КИНИНОВОЙ СИСТЕМОЙ, действие которой приводит к понижению артериального давления.

В почках синтезируется белок кининоген. Попадая в кровь, кининоген под действием сериновых протеиназ - калликреинов превращается в вазоактивные пептиды - кинины: брадикинин и каллидин. Брадикинин и каллидин обладают сосудорасширяющим эффектом - понижают артериальное давление. Инактивация кининов происходит при участии карбоксикатепсина - этот фермент одновременно влияет на обе системы регуляции сосудистого тонуса, что приводит к повышению артериального давления. Ингибиторы карбоксикатепсина применяются в лечебных целях при лечении некоторых форм артериальной гипертензии (например, препарат клофеллин).

Участие почек в регуляции артериального давления связано также с выработкой простагландинов, которые обладают гипотензивным эффектом, а образуются в почках из арахидоновой кислоты в результате реакций перекисного окисления липидов (ПОЛ).

4) Катаболизм белков. Почки участвуют в катаболизме некоторых белков, имеющих низкую молекулярную массу (5-6 кДа) и пептидов, которые фильтруются в первичную мочу. Среди них гормоны и некоторые другие БАВ. В клетках канальцев, под действием лизосомальных протеолитических ферментов эти белки и пептиды гидролизуются до аминокислот, которые поступают в кровь и реутилизируются клетками других тканей.

Особенности метаболизма почечной ткани

1. Большие затраты АТФ. Основной расход АТФ связан с процессами активного транспорта при реабсорбции, секреции, а также с биосинтезом белков.

Основной путь получения АТФ - это окислительное фосфорилирование. Поэтому ткань почки нуждается в значительных количествах кислорода. Масса почек составляет всего 0,5% от общей массы тела, а потребление кислорода почками составляет 10% от всего поступившего кислорода. Субстратами для реакций биоокисления в почечных клетках являются:

- жирные кислоты;

- кетоновые тела;

- глюкоза и др.

2. Высокая скорость биосинтеза белков.

3. Высокая активность протеолитических ферментов.

4. Способность к аммониогенезу и глюконеогенезу.

водний солевой почка моча

Медицинское значение

5. Физико-химические свойства мочи в норме и при патологии

Полиурия - повышение суточного объема мочи. Наблюдается при сахарном и несахарном диабете, хроническом нефрите, пиелонефрите, при избыточном употреблении жидкости с пищей.

Олигурия - снижение суточного объема мочи (менее 0,5 л). Наблюдается при лихорадочном состоянии, при остром диффузном нефрите, мочекаменной болезни, отравлении солями тяжелых металлов, употреблении малых количеств жидкости с пищей.

Анурия - прекращение выделения мочи. Наблюдается при поражении почек вследствие отравления, при стрессах (длительная анурия может привести к летальному исходу от уремии (отравление аммиаком)

Цвет мочи в норме янтарный или соломенно-желтый, обусловлен пигментами урохромом, уробилиногеном и др

Красный цвет мочи - при гематурии, гемоглобинурии (камни в почках, нефрит, травмы, гемолиз, употребление некоторых лекарственных веществ).

Коричневый цвет - при высокой концентрации уробилиногена и билирубина в моче (при заболеваниях печени), а также гомогентизиновой кислоты (алкаптонурия при нарушении обмена тирозина).

Зеленый цвет - при употреблении некоторых лекарственных препаратов, при повышении концентрации индоксилсерной кислоты, которая разлагается с образованием индиго (усиление процессов гниения белков в кишечнике)

Прозрачность мочи - в норме полная. Мутность может быть обусловлена наличием в моче белка, клеточных элементов, бактерий, слизи, осадка

Плотность мочи в норме колеблется в довольно широких пределах - от 1,002 до 1,035 в течение суток (в среднем 1012-1020). Это означает, что в сутки с мочой выделяется от 50 до 70 г плотных веществ. Приблизительный расчет плотности остатка: 35х2,6=71 г, где 35 - две последние цифры из определенной относительной плотности, 2,6 - коэффициент. Повышение и понижение плотности мочи в течение суток, то есть ее концентрирование и разведение, необходимы для поддержания постоянства осмотического давления крови.

Изостенурия - выделение мочи с постоянно низкой плотностью, равной плотности первичной мочи (около 1010), что наблюдается при тяжелой недостаточности почек, при несахарном диабете.

Высокая плотность (более 1035) наблюдается при сахарном диабете из-за высокой концентрации глюкозы в моче, при остром нефрите (олигурия).

Нормальные остатки мочи образуются при ее стоянии

Хлопьевидный - из белков, мукопротеидов, эпителиальных клеток мочевыводящих путей

Состоящий из оксалатов и уратов (солей щавелевой и мочевой кислот), которые растворяются при подкислении.

РН мочи в норме находится в пределах 5,5 - 6,5.

Кислая среда мочи при нормальном пищевом рационе может быть обусловлена: 1) серной кислотой, образующейся при катаболизме серосодержащих аминокислот; 2) фосфорной кислотой, образующейся при распаде нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов; 3) анионами, адсорбированными в кишечнике из пищевых продуктов.

Нарушения водного обмена (дизгидрии).

Нарушения водного обмена включают в себя гипергидрии (гипергидратация) и гипогидрии (гипо- и дегидратация). И те и другие могут быть общими либо охватывать преимущественно внеклеточное или внутриклеточное пространство (т.е. внеклеточный или внутриклеточный сектор). Каждая из форм дизгидрии проявляется как гипер-, изо- и гипотоническая. В соответствии с этим можно говорить о внутри- и внеклеточной гипер-, изо- и гипотонической гипергидратации, а также о внутри-и внеклеточной гипер-, изо- и гипотонической гипогидратации. Изменения, вызванные нарушением распределения воды и электролитов в одном секторе, неизменно влекут вполне определенные сдвиги в другом.

Общее обезвоживание (общая дегидратация) возникает в тех случаях, когда воды в организм вводится меньше, чем теряется им за один и тот же промежуток времени (отрицательный водный баланс). Наблюдается при стенозе, непроходимости пищевода (вызванных ожогами, опухолями или другими причинами), перитонитах, операциях на пищеварительном тракте, полиурии, недостаточном возмещении потерь воды у ослабленных больных, холере, у больных, находящихся в коматозном состоянии.

При водном дефиците в силу сгущения крови концентрация плотных веществ в плазме повышается, что ведет к увеличению осмотического давления. Последнее и обусловливает перемещение воды из клеток через межклеточное пространство во внеклеточную жидкость. В результате этого уменьшается объем внутриклеточного пространства.

Лабораторными признаками общей дегидратации являются повышение гематокрита, вязкости крови, гиперпротеинемия, гиперазотемия, полиурия.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Изменением в распределении жидкости между внеклеточными и внутриклеточными секторами. Суточный диурез. Суточная потребность в воде. Регуляция почками водно-солевого обмена. Регуляция осмотического давления крови.

лекция , добавлен 25.02.2002


Водно-солевой обмен как совокупность процессов поступления воды и солей (электролитов) в организм, их всасывания, распределения во внутренних средах и выделения. Основные заболевания, вызванные нарушением вазопрессина. Регуляция выделения натрия почкой.

контрольная работа , добавлен 06.12.2010


Морфо-функциональная характеристика мочевыделительной системы. Анатомия почек. Строение почек. Механизм мочеобразования. Кровоснабжение почек. Нарушение функций мочевыделительной системы при патологии, пиелонефрит. Методы исследования мочи и работы почек.

реферат , добавлен 31.10.2008


Составные части и типы нефронов. Удаление из организма конечных продуктов обмена. Регуляция водно-солевого обмена и артериального давления. Фильтрация в почках и строение канальцевой системы почек. Мезангиальные клетки и капсула Шумлянского-Боумена.

презентация , добавлен 02.02.2013


Основные формы нарушений водно-солевого обмена. Симптомы дефицита воды. Осмотические и ионные константы. Регуляция выведения воды и электролитов. Патология продукции альдостерона. Клинические проявления гиперосмолярного обезвоживания, принципы терапии.

презентация , добавлен 20.12.2015


Механизмы образования мочи. Ренальные и экстраренальные пути экскреции веществ. Основные функции почек. Кровоток в разных частях почек. Строение кровеносной системы. Классификация нефронов. Механизмы мочеобразования. Фильтрация, реабсорбция, секреция.

презентация , добавлен 12.01.2014


Строение и функция почек, теория образования мочи. Особенности строения нефрона. Физические свойства мочи и клинико-диагностическое значение. Виды протеинурий, методы качественного и количественного определения белка в моче. Определение глюкозы в моче.

шпаргалка , добавлен 24.06.2010


Этиология и патогенез нарушения функций почек: клубочковая и канальцевая фильтрация, реабсорбция, секреция, концентрация и разведение мочи. Клиническая диагностика заболеваний почек, лабораторное исследование и анализ физических и химических свойств мочи.

курсовая работа , добавлен 15.06.2015


Физиология водно-солевого обмена. Электролитный состав организма. Факторы, влияющие на перемещение внеклеточной воды в нем. Нарушение электролитного баланса. Клиническая картина внеклеточной дегидратации. Соотношение растворов для инфузионной терапии.

презентация , добавлен 05.02.2017


Основные функции почек. Правила сбора мочи для исследования. Цвет, запах, кислотность мочи, содержание в ней глюкозы, эритроцитов, лейкоцитов и белка. Функциональная и патологическая протеинурия. Проявления нефротического и азотемического синдромов.

Одним из наиболее часто нарушающихся при патологии видов обмена веществ является водно-солевой. Он связан с постоянным движением воды и минеральных веществ из внешней среды организма во внутреннюю, и наоборот.

В организме взрослого человека на воду приходится 2/3 (58-- 67%) массы тела. Около половины ее объема сосредоточено в мышцах. Потребность в воде (человек ежесуточно получает до 2,5--3 л жидкости) покрывается за счет поступления ее в виде питья (700--1700 мл), преформированной воды, входящей в состав пищи (800--1000 мл), и воды, образующейся в организме при обмене веществ -- 200--300 мл (при сгорании 100 г жиров, белков и углеводов образуется соответственно 107,41 и 55 г воды). Эндогенная вода в относительно большом количестве синтезируется при активации процесса окисления жиров, что наблюдается при различных, прежде всего пролонгированных стрессовых состояниях, возбуждении симпатико-адреналовой системы, разгрузочной диетотерапии (нередко используемой для лечения больных ожирением).

Благодаря постоянно происходящим обязательным водным потерям внутренний объем жидкости в организме сохраняется неизмененным. К числу таких потерь относят ренальные (1,5 л) и экстраренальные, связанные с выделением жидкости через желу-дочно-кишечный тракт (50--300 мл), дыхательные пути и кожу (850--1200 мл). В целом объем обязательных потерь воды составляет 2,5--3 л, во многом зависят от количества выводимых из организма шлаков.

Участие воды в процессах жизнедеятельности весьма разнообразно. Вода является растворителем многих соединений, непосредственным компонентом ряда физико-химических и биохимических превращений, транспортером эндо- и экзогенных веществ. Кроме того, она выполняет механическую функцию, ослабляя трение связок, мышц, поверхности хрящей суставов (тем самым облегчая их подвижность), участвует в терморегуляции. Вода поддерживает гомеостаз, зависящий от величины осмотического давления плазмы (изоосмия) и объема жидкости (изоволемия), функционирования механизмов регуляции кислотно-основного состояния, протекания процессов, обеспечивающих постоянство температуры (изотермию).

В организме человека вода пребывает в трех основных физико-химических состояниях, в соответствии с которыми выделяют: 1) свободную, или мобильную, воду (составляет основную часть внутриклеточной жидкости, а также крови, лимфы, интерстициальной жидкости); 2) воду, связанную гидрофильными коллоидами, и 3) конституциональную, входящую в структуру молекул белков, жиров и углеводов.

В организме взрослого человека массой 70 кг объем свободной воды и воды, связанной гидрофильными коллоидами, составляет примерно 60% массы тела, т.е. 42 л. Эта жидкость представлена внутриклеточной водой (на ее долю приходится 28 л, или 40% массы тела), составляющей внутриклеточный сектор, и внеклеточной водой (14 л, или 20% массы тела), образующей внеклеточный сектор. В состав последнего входит внутрисосудистая (интраваскулярная) жидкость. Этот внутрисосудистый сектор образован плазмой (2,8 л), на долю которой приходится 4--5% массы тела, и лимфой.

Интерстициальная вода включает в себя собственно межклеточную воду (свободную межклеточную жидкость) и организованную внеклеточную жидкость (составляющую 15--16% массы тела, или 10,5 л), т.е. воду связок, сухожилий, фасций, хрящей и т.д. Кроме того, к внеклеточному сектору относят воду, находящуюся в некоторых полостях (брюшной и плевральной полости, перикарда, суставов, желудочков мозга, камерах глаза и др.), а также в желудочно-кишечном тракте. Жидкость этих полостей не принимает активного участия в метаболических процессах.

Вода человеческого организма не застаивается в различных его отделах, а постоянно движется, непрерывно обмениваясь с другими секторами жидкости и с внешней средой. Передвижение воды во многом осуществляется благодаря выделению пищеварительных соков. Так, со слюной, с соком поджелудочной железы в кишечную трубку направляется около 8 л воды в сутки, но эта вода вследствие всасывания в более низких участках пищеварительного тракта практически не теряется.

Жизненно необходимые элементы подразделяются на макроэлементы (суточная потребность >100 мг) и микроэлементы (суточная потребность <100 мг). К макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), кальций (Ca), магний (Мg), хлор (Cl), фосфор (Р), сера (S) и иод (I). К жизненно важным микроэлементам, необходимым лишь в следовых количествах, относятся железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Мn), медь (Cu), кобальт (Со), хром (Сr), селен (Se) и молибден (Мо). Фтор (F) не принадлежит к этой группе, однако он необходим для поддержания в здоровом состоянии костной и зубной ткани. Вопрос относительно принадлежности к жизненно важным микроэлементам ванадия, никеля, олова, бора и кремния остается открытым. Такие элементы принято называть условно эссенциальными.

Так как многие элементы могут запасаться в организме, отклонение от суточной нормы компенсируется во времени. Кальций в форме апатита запасается в костной ткани, иод -- в составе тиреоглобулина в щитовидной железе, железо -- в составе ферритина и гемосидерина в костном мозге, селезенке и печени. Местом хранения многих микроэлементов служит печень.

Обмен минеральных веществ контролируется гормонами. Это относится, например, к потреблению Н2О, Ca2+, PO43-, связыванию Fe2+, I-, экскреции H2O, Na+, Ca2+, PO43-.

Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и в ряде случаев от состава пищевых продуктов. В качестве примера влияния состава пищи можно рассмотреть кальций. Всасыванию ионов Ca2+ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют всасывание кальция из-за комплексообразования и образования плохо растворимых солей (фитин).

Дефицит минеральных веществ -- явление не столь редкое: оно возникает по различным причинам, например из-за однообразного питания, нарушения усвояемости, при различных заболеваниях. Недостаток кальция может наступить в период беременности, а также при рахите или остеопорозе. Хлородефицит наступает из-за большой потери ионов Сl- при сильной рвоте.

Из-за недостаточного содержания иода в пищевых продуктах во многих районах Центральной Европы распространенным явлением стали иододефицитные состояния и зобная болезнь. Дефицит магния может возникать из-за диареи или из-за однообразного питания при алкоголизме. Недостаток в организме микроэлементов часто проявляется нарушением кроветворения, т. е. анемией.

В последней колонке перечислены функции, выполняемые в организме указанными минеральными веществами. Из данных таблицы видно, что почти все макроэлементы функционируют в организме как структурные компоненты и электролиты. Сигнальные функции выполняют иод (в составе иодтиронина) и кальций. Большинство микроэлементов являются кофакторами белков, главным образом ферментов. В количественном отношении в организме преобладают железосодержащие белки гемоглобин, миоглобин и цитохром, а также более 300 цинксодержащих белков.

Регуляция водно-солевого обмена. Роль вазопрессина, альдостерона и ренин-ангиотензиновой системы

Основными параметрами водно-солевого гомеостаза являются осмотическое давление, рН и объем внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Изменение этих параметров может привести к изменению артериального давления, ацидозу или алкалозу, дегидратации и отекам. Основными гормонами, участвующими в регуляции водно-солевого баланса, являются АДГ, альдостерон и предсердный натрий-уретический фактор (ПНФ).

АДГ, или вазопрессин, -- пептид, содержащий 9 аминокислот, соединенных одним дисульфидным мостиком. Синтезируется в виде прогормона в гипоталамусе, затем переносится в нервные окончания задней доли гипофиза, из которых секретируется в кровоток при соответствующей стимуляции. Перемещение по аксону связано со специфическим белком-переносчиком (нейрофизином)

Стимулом, вызывающим секрецию АДГ, служит повышение концентрации ионов натрия и увеличение осмотического давления внеклеточной жидкости.

Наиболее важные клетки-мишени для АДГ - клетки дистальных канальцев и собирательные трубочки почек. Клетки этих протоков относительно непроницаемы для воды, и в отсутствие АДГ моча не концентрируется и может выделяться в количествах, превышающих 20 л в сутки (норма 1--1,5 л в сутки).

Для АДГ существуют два типа рецепторов - V1 и V2. Рецептор V2 обнаружен только на поверхности эпителиальных клеток почек. Связывание АДГ с V2 сопряжено с аденилатциклазной системой и стимулирует активацию протеинкиназы А (ПКА). ПКА фосфорилирует белки, которые стимулируют экспрессию гена мембранного белка -- аквапорина-2. Аквапорин 2 перемещается к апикальной мембране, страивается в нее и образует водные каналы. Эти обеспечивают селективную проницаемость мембраны клеток для воды. Молекулы воды свободно диффундируют в клетки почечных канальцев, а затем поступают в интерстициальное пространство. В результате происходит реабсорбция воды из почечных канальцев. Рецепторы типа V1 локализованы в мембранах гладких мышц. Взаимодействие АДГ с рецептором V1 приводит к акти-вации фосфолипазы С, которая гидролизует фосфатидилинозитол-4,5-бифоcфат с образованием ИФ-3. ИФ-3 вызывает высвобождение Са2+ из эндоплазматического ретикулума. Результатом действия гормона через рецепторы V1 является сокращение гладкомышечного слоя сосудов.

Дефицит АДГ, вызванный дисфункцией задней доли гипофиза, а также нарушением в системе передачи гормонального сигнала может приводить к развитию несахарного диабета. Основным проявлением несахарного диабета является полиурия, т.е. выделение большого количества мочи низкой плотности.

Альдостерон - наиболее активный минералокортикостероид синтезируется в коре надпочечников из холестерина.

Синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны стимулируют ангиотензин II, АКТГ, простагландин Е. Эти процессы также активируются при высокой концентрации К+ и низкой концентрации Na+.

Гормон проникает внутрь клетки-мишени и взаимодействует со специфическим рецептором, расположенным как в цитозоле, так и в ядре.

В клетках почечных канальцев альдостерон стимулирует синтез белков, которые выполняют разные функции. Эти белки могут: а) увеличивать активность натриевых каналов в мембране клеток дистальных почечных канальцев, способствуя тем самым транспорту ионов натрия из мочи в клетки; б)являться ферментами ЦТК и, следовательно, увеличивать способность цикла Кребса генерировать молекулы АТР, необходимые для активного транспорта ионов; в) активировать работу насоса К+, Na+-АТФазы и стимулировать синтез новых насосов. Суммарным результатом действия белков, которых индуцируется альдостероном, является увеличение реабсорбции ионов натрия в ка-нальцах нефронов, что вызывает задержку NaCl в организме.

Главным механизмом регуляции синтеза и секреции альдостерона служит ренин-ангиотензиновая система.

Ренин -- фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками почечных афферентных артериол. Локализация этих клеток делает их особенно чувствительными к изменению артериального давления. Снижение артериального давления, потеря жидкости или крови, уменьшение концентрации NaCI стимулируют высвобождение ренина.

Ангиотензиноген --2 - глобулин, образующийся в печени. Он служит субстратом для ренина. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена и отщепляет N-концевой декапептид (ангиотензин I).

Ангиотензин I служит субстратом для антиотензинпревращающего фермента карбоксидипептидилпептидазы, выявленного в эндотелиальных клетках и плазме крови. От ангиотензина I отщепляются 2 терминальные аминокислоты с образованием октапептида -- ангиотензина II.

Ангиотензин II стимулирует выработку альдостерона, вызывает сужение артериол вследствие чего повышается артериальное давление и вызывает жажду. Ангиотензин II активирует синтез и секрецию альдостерона через инозитолфосфатную систему.

ПНФ -- пептид, содержащий 28 аминокислот с единственным дисульфидным мостиком. ПНФ синтезируется и хранится в виде препрогормона (состоящего из 126 аминокислотных остатков) в кардиоцитах.

Основной фактор, регулирующий секрецию ПНФ -- повышение артериального давления. Другие стимулы: увеличение осмомолярности плазмы, повышение частоты сердцебиения, повышенный уровень катехоламинов в крови и глюкокортикоидов.

Основные органы-мишени ПНФ - почки, периферические артерии.

Механизм действия ПНФ имеет ряд особенностей. Рецептор ПНФ плазматической мембраны являем белком, обладающим активностью гуанилатциклазы. Рецептор имеет доменное строение. Домен, связывающийся с лигандом, локализован во внеклеточном пространстве. В отсутствие ПНФ внутриклеточный домен рецептора ПНФ находится в фосфорилированном состоянии и неактивен. В результате связывания ПНФ с рецептором гуанилатциклазная активность рецептора возрастает и происходит образование циклического GMP из GTP. В результате действия ПНФ ингибируются образование и секреция ренина и альдостерона. Суммарным эффектом действия ПНФ является увеличение экскреции Na+ и воды и понижение артериального давления.

ПНФ обычно рассматривают как физиологический антагонист ангиотензина II, поскольку под его влияния возникают не сужение просвета сосудов и (через регуляцию секреции альдостерона) задержка натрия, а наоборот, расширение сосудов и потеря соли.