26.9. Роль почек в регуляции кислотно-основного состояния
В процессе метаболизма в организме постоянно образуются кислоты и основания, причем в непропорциональных количествах. Тем не менее pH крови поддерживается на постоянном уровне: венозной — 7,34; артериальной — 7,40. Отклонение pH более чем на 0,4 несовместимо с жизнью. Постоянство pH внутренней среды организма обеспечивается буферными системами крови, легкими, почками и ЖКТ.
В процессе обмена веществ в организме здорового человека за сутки образуется 60–100 ммоль H+. Эти ионы должны удаляться через почки, так как организм способен переносить присутствие лишь следовых их количеств. При поступлении в канальцы клубочкового фильтрата его рН равен 7,4, то есть не отличается от рН плазмы крови. В начальном отделе проксимального канальца он снижается до 6,7, поддерживается на этом уровне на протяжении большей части нефрона и только в самом его конце падает до 5,7, а в крайне редких случаях очень сильного ацидоза — до 4,5. Но даже при такой кислотности концентрация ионов Н+ составляет всего 0,03 ммоль/л, то есть в свободном виде экскретируется только 0,05% их количества, образующегося в процессе обмена веществ. Несмотря на столь малое содержание Н+, подкисление канальцевой жидкости имеет исключительное значение.
В апикальной мембране расположен электронейтральный (обмен 1:1) переносчик NHE3 или, иначе, Na+,H+-переносчик (антипорт), который осуществляет секрецию ионов H+ в просвет канальца в обмен на ионы Na+. Его движущая сила обмена — химический градиент Na+. При его работе ионы H+ в результате вторично-активного транспорта секретируются в просвет канальца.
Снижение внутриклеточного pH (сдвиг в кислую сторону) активирует данный Na+, H+-переносчик (антипорт), поэтому в случае ацидоза усиленно секретируются ионы H+, и, наоборот, при алкалозе секреция ионов H+ снижается. Кроме того, в апикальной мембране расположена Н+-АТФаза, которая секретирует ионы H+ в просвет канальца. Данный насос позволяет секретировать ионы H+ независимо от реабсорбции Na+. Секреция H+ уже в первой трети проксимального канальца снижает рН в просвете канальца с 7,4 (в фильтрате) до 6,5–6,8 (рис. 26.26, а).
Эти ионы вступают в реакцию с OH– с образованием H2O, которая уходит в клетку и там формирует ионы H+ и OH–, замыкая тем самым цикл. За сутки почки возвращают организму 4–4,5 моль бикарбоната, а для нейтрализации этого количества требуется скорость секреции протонов, которая втрое выше, чем при образовании соляной кислоты в желудке.
Титруемые кислоты. Титруемыми называются кислоты, экскретируемые в нейтральной форме за счет буферных соединений. Для определения их количества титруют мочу основанием. Важнейшее буферное соединение — фосфат, который в избытке образуется в процессе белкового и фосфолипидного обмена. Вследствие низкого почечного порога этот избыток не реабсорбируется из канальцевой жидкости и выводится с мочой.
Нейтрализуемые ионы H+ образуются при диссоциации угольной кислоты. Связанные с фосфатом, они не просто рециркулируют, как в случае реабсорбции бикарбоната, а выводятся с мочой. В сумме на каждый экскретируемый Н+ заново образуется один ион бикарбоната, и таким образом восстанавливается содержание последнего в организме.
Протоны H+ могут соединиться с двузамещенным фосфатом и некоторыми другими соединениями, в результате чего увеличивается экскреция титруемых кислот с мочой (рис. 26.26, б):
Na2HPO4– + H+ Na2H2PO4– + Na+.
&hide_Cookie=yes)
Рис. 26.26. Роль почек в поддержании кислотно-основного равновесия: а — реабсорбция HCO3–; б — принцип выведения кислот; в — экскреция аммония: СА II , IV, XIV— карбоангидраза II, IV, XIV. Источник: Medical physiology ... (2016)
Неорганический фосфат встречается в плазме (рН 7,4) в форме HPO42– и H2PO4– (в соотношении 4:1). Обе формы свободно фильтруются и в проксимальном канальце реабсорбируются посредством механизма вторичного активного транспорта (котранспорта с Na+). Экскретируемая фракция фосфата (обычно 10–20%), величина которой регулируется почками, увеличивается при возрастающей и уменьшается при снижающейся концентрации фосфата в плазме крови.
Аммиачный механизм. Секретируемый H+ может связываться в просвете канальца с NH3, образующимся в клетке при дезаминировании глутамина и других аминокислот. NH3 диффундирует через мембрану в просвет канальца и способствует образованию иона аммония:
NH3 + N+ NH4+.
В канальцевых клетках под действием митохондриальной глутаминазы оснвная аминокислота глутамин превращается сначала в глутамат, а затем в кетоглутарат. На каждом из этих этапов отщепляется один ион аммония (NH4+). Часть этих ионов, теряя протон, превращается в аммиак (NН3).
Будучи нейтральным, тот легко диффундирует через апикальные клеточные мембраны в канальцевую жидкость и здесь вновь превращается в NH4+, присоединяя ионы H+, секретируемые сюда же другим путем (Na+,H+-антипорт) (рис. 26.26, в). Тем не менее NH4+ может проникать через стенку канальца и без предварительного превращения в NH3. Хотя клеточная мембрана менее проницаема для этого иона, чем для аммиака, концентрация NH4+ в канальцевых клетках более чем на два порядка выше.
Глутарат в свою очередь, взаимодействуя с двумя ионами Н+, дает СО2 и глюкозу. Необходимые для этой реакции протоны образуются наряду с HCO3– в реакции СО2 с Н2О, катализируемой карбоангидразой. В конечном счете на каждый экскретируемый ион аммония образуется один ион бикарбоната.
Чем больше аммиака переходит из клетки в канальцевую жидкость и больше образуется в ней NH4+, тем больше секретируется H+. Однако ионы Н+ взаимодействуют и с другими присутствующими в растворе буферными соединениями, поэтому канальцевая жидкость постепенно подкисляется. В норме аммиачный механизм выделяет за сутки в электронейтральной форме 30–50 ммоль H+.