Гомеостаз натрия - кратко с точки зрения внутренних болезней
Основная часть натрия в организме находится в внеклеточной жидкости (ВКЖ), где он является преобладающим катионом. Соответственно, общее содержание натрия в организме — основной фактор, определяющий объем ВКЖ. Потребление натрия значительно отличается у разных людей, составляя от 50 до 250 ммоль/сут. Почки могут компенсировать такие широкие различия в потреблении натрия за счет увеличения выведения натрия при перегрузке натрием и задержки натрия при истощении его запасов для поддержания нормального объема ВКЖ и объема плазмы.
Функциональная анатомия и физиология. Функциональной единицей почечной экскреции является нефрон (рис. 1). Кровь подвергается ультрафильтрации в клубочках, образуя жидкость без клеток и белка, напоминающую плазму по электролитному составу. Она попадает в почечные канальцы, где происходит реабсорбция воды и различных электролитов. (Более подробная информация о структуре и функциях клубочков приводится в отдельной статье на сайте - просим вас пользоваться формой поиска по сайту выше).
Рисунок 1. Нефрон. Буквами А-D обозначены сегменты канальцев, более подробно показанные на рис. 2 (па — приносящая артериола; ва — выносящая артериола; пп — плотное пятно)
СКФ у здорового взрослого человека составляет приблизительно 125 мл/мин (эквивалентно 180 л/сут). Более 99% отфильтрованной жидкости во время последовательного прохождения через сегменты нефрона реабсорбируется в кровь в перитубулярных капиллярах, в основном в результате канальцевой реабсорбции натрия. Процессы, опосредующие реабсорбцию натрия, и факторы, которые ее регулируют, являются ключом к пониманию клинических нарушений и фармакологических вмешательств в баланс натрия и жидкости.
С точки зрения реабсорбции натрия нефрон можно разделить как минимум на четыре различных функциональных сегмента (рис. 2).
Рисунок 2. Основные транспортные механизмы в сегментах нефрона. Апикальная мембрана канальцевых клеток — это сторона, обращенная в просвет, а базолатеральная мембрана — это сторона, обращенная в кровеносный сосуд. Черными кружками обозначены активные транспортные насосы, связанные с гидролизом аденозинтрифосфата, а белые символы обозначают ионные каналы и молекулы-переносчики. Показана доля реабсорбированного натрия, влияние регуляторных факторов, проницаемость для воды и места действия различных классов диуретиков. Ингибиторы натрий-зависимого транспортера глюкозы 2 в основном используются при лечении сахарного диабета, но обладают мочегонными свойствами, блокируя натрий-зависимый транспортер глюкозы 2 в проксимальных канальцах. В том же месте ацетазоламид ингибирует карбоангидразу (КА), которая, уменьшая выработку ионов водорода проксимальными канальцевыми клетками, ингибирует обмен натрия и водорода с помощью переносчика NHE-3. Петлевые диуретики блокируют переносчик NKCC2 в петле Генле, тогда как тиазидные диуретики ингибируют канал котранспортера натрия и хлорида в начальной части дистального канальца. Амилорид и спиронолактон блокируют эпителиальный натриевый канал в конечной части дистального канальца и собирающих трубочках. См. более подробную информацию и сокращения в тексте
а) Проксимальный почечный каналец. Около 65% отфильтрованного натрия реабсорбируется в проксимальных почечных канальцах. Клеточные механизмы сложны, но некоторые ключевые особенности показаны на рис. 2, А. Отфильтрованный натрий в просветной жидкости поступает в клетки проксимального канальца с помощью переносчиков в апикальной мембране, в которых транспорт натрия сопряжен с поступлением в клетку глюкозы, аминокислот, фосфатов и других органических молекул. Вход натрия в канальцевые клетки в этом месте также сопряжен с секрецией ионов Н+ через натрий-водородный обменник (антипортер) (NHE-3).
Внутриклеточные ионы Н+ образуются внутри канальцевых клеток в результате распада углекислоты, которая синтезируется из углекислого газа и воды под действием карбоангидразы. На базолатеральной мембране канальцевых клеток находится большое количество Na, К-АТФазных насосов, которые транспортируют натрий из клеток в кровь. Кроме того, значительная часть трансэпителиального потока натрия, воды и других растворенных веществ проходит через промежутки между клетками («шунтовый» путь). В целом реабсорбция жидкости и электролитов в этом сегменте практически изотонична, поскольку реабсорбция воды очень близка к току натрия, так что осмоляльность жидкости, попадающей в петлю Генле, очень похожа на осмоляльность плазмы.
Часть этого потока воды также проходит через клетки сквозь водные каналы аквапорина-1, нечувствительные к гормональной регуляции.
б) Петля Генле. В толстой восходящей части петли Генле (см. рис. 2, С) реабсорбируется еще 25% отфильтрованного натрия, но эта часть является непроницаемой для воды, что приводит к разбавлению просветной жидкости. Основной движущей силой является Na, К-АТФаза на базолатеральной клеточной мембране, но в этом сегменте натрий проникает в клетку из просвета через специфическую молекулу-носитель, котранспортер Na, К, 2Cl («тройной котранспортер», или NKCC2), который обеспечивает электронейтральное поступление этих ионов в клетку почечного канальца за счет уравновешивания транспорта катионов (Na+/K+) и анионов (Cl-).
Некоторое количество калия, накопившегося внутри клетки, рециркулирует через апикальную мембрану обратно в просвет через специальный калиевый канал (ROMK), обеспечивая непрерывное поступление калия в ответ на высокие концентрации натрия и хлорида в просвете канальца. В данном сегменте отмечается небольшая положительная трансэпителиальная разность потенциалов относительно интерстиция, и это направляет токи катионов, таких как натрий, калий, кальций и магний, между клетками, образуя реабсорбционный шунтовый путь.
в) Начальная часть дистального почечного канальца. Около 6% отфильтрованного натрия реабсорбируется в начальной части дистальных почечных канальцев (также называемой дистальным извитым канальцем) (см. рис. 2, С), что опять-таки обусловлено активностью Na, К-АТФазы в базолатеральной мембране. В этом сегменте поступление натрия в клетку из просветной жидкости происходит с помощью котранспортера натрия и хлорида. Этот сегмент также непроницаем для воды, что приводит к дальнейшему разбавлению просветной жидкости. В нем нет значительного трансэпителиального потока калия, но кальций реабсорбируется по механизму, показанному на рис. 2, С: базолатеральный натриево-кальциевый обменник обеспечивает низкие внутриклеточные концентрации кальция, способствуя его проникновению из просветной жидкости через кальциевый канал.
г) Конечная часть дистального почечного канальца и собирательные трубочки. Конечная часть дистального канальца и кортикальная часть собирательной трубочки анатомически и функционально непрерывны (см. рис. 2, D). Здесь поступление натрия из просветной жидкости происходит через эпителиальный натриевый канал, что создает существенную трансэпителиальную разницу потенциалов с отрицательно заряженным просветом канальца. Этот ток натрия в канальцевые клетки уравновешивается секрецией ионов калия и водорода в просвет и реабсорбцией хлоридов. Калий накапливается в клетке с помощью базолатеральной Na, К-АТФазы и попадает в просветную жидкость по электрохимическому градиенту через апикальный калиевый канал (ROMK). Хлориды в основном проходят между клетками.
Секреция ионов водорода опосредована Н+-АТФазой, расположенной на люминальной мембране вставочных клеток, которые в этом сегменте нефрона составляют приблизительно одну треть эпителиальных клеток. Дистальные канальцы и собирательная трубочка имеют различную проницаемость для воды в зависимости от уровня циркулирующего вазопрессина (антидиуретический гормон). Все процессы ионного транспорта в этом сегменте стимулируются стероидным гормоном альдостероном, который может увеличить реабсорбцию натрия в этом отделе максимум до 2-3% общего количества отфильтрованного натрия.
Менее 1% реабсорбции натрия происходит в медуллярной части собирательной трубочки, где она ингибируется предсердным натриуретическим пептидом (atrial natriuretic peptide) и мозговым натрийуретическим пептидом (brain natriuretic peptide).
д) Регуляция транспорта натрия. Количество натрия, выделяемого почками, зависит от отфильтрованного количества натрия (что в значительной степени определяется СКФ) и от контроля канальцевой реабсорбции натрия. Ряд взаимосвязанных механизмов поддерживают баланс натрия в организме и, следовательно, объем ВКЖ за счет согласования экскреции натрия с мочой с потреблением натрия (рис. 3) и регуляции этих двух процессов.
Важные механизмы восприятия включают волюморецепторы в предсердиях и внутригрудных венах, а также барорецепторы, расположенные в центральных артериях (дуга аорты и каротидный синус) и в приносящих артериолах почек. Еще один афферентный сигнал генерируется внутри самой почки: фермент ренин высвобождается из специализированных гладкомышечных клеток в стенках приносящих и выносящих артериол в месте, где они контактируют с начальной частью дистального канальца (в области плотного пятна; см. рис. 1), образуя юкстагломерулярный аппарат. Высвобождение ренина стимулируется:
• снижением перфузионного давления в приносящей артериоле;
• повышением активности симпатических нервов;
• снижением концентрации хлорида натрия в жидкости дистального канальца.
Ренин действует на пептидный субстрат ангиотензиноген (который вырабатывается печенью), образуя ангиотензин I, который расщепляется АПФ преимущественно в легочных капиллярах с образованием ангиотензина II. Ангиотензин II обладает разнонаправленным действием: он стимулирует реабсорбцию натрия в проксимальных канальцах и высвобождение альдостерона из клубочковой зоны коры надпочечников, а также вызывает вазоконстрикцию мелких артериол. Альдостерон усиливает задержку натрия, воздействуя на кортикальную часть собирательных трубочек. Общий результат активации ренин-ангиотензиновой системы заключается в повышении АД и задержке натрия и воды, что позволяет устранить гиповолемию.
Изменения СКФ противоположным образом влияют на перитубулярное гидростатическое давление и онкотическое давление, что приводит к изменению реабсорбции натрия. В частности, при гиповолемии, снижении гидростатического давления и повышении онкотического давления наблюдается увеличение реабсорбции натрия.
Симпатическая нервная система также увеличивает задержку натрия, как посредством гемодинамических механизмов (вазоконстрикция приносящей артериолы и снижение СКФ), так и прямой стимуляцией реабсорбции натрия в проксимальных канальцах. Напротив, другие гуморальные медиаторы, такие как натрийуретические пептиды, которые ингибируют реабсорбцию натрия, способствуют натрийурезу при избытке натрия и объема.
Увеличение потребления натрия вызывает гиперволемию, которая повышает почечную перфузию и СКФ, а также подавляет выработку ренина за счет увеличения доставки натрия в плотное пятно. Эти процессы запускают последовательность событий, противоположных изменениям при гиповолемии, усиливающих экскрецию натрия.
е) Проявления нарушений натриевоводного баланса. Когда баланс потребления и выведения натрия нарушается, любая тенденция к изменению концентрации натрия в плазме крови обычно корректируется осмотическими механизмами, регулирующими водный баланс. В результате нарушения баланса натрия проявляются, главным образом, изменениями объема ВКЖ, что приводит к гиповолемии или гиперволемии, а не изменениями концентрации натрия в плазме крови. Клинические признаки изменения объема ВКЖ перечислены в табл. 3.
Видео физиология водно-солевого баланса - профессор, д.м.н. П.Е. Умрюхин
