Презентація на тему:
Біохімія сечоутворення

Біохімія сечі. ч. І Біохімія нирок і сечоутворення

Нирки: функції -регуляція водно-сольового балансу -регуляція кислотно-основної рівноваги - регуляція виділення азотвмісних шлаків - регуляція осмотичного тиску рідин організму - регуляція артеріального тиску - стимуляція еритропоезу (синтезують еритропоетин) Зупинка фунції нирок несумісна із життям - людина помирає на 4-6 день

Нирки: кіркова й мозкова речовини. Нефрон. Нирка оточена оболонкою; безпосередньо під нею розташована коркова речовина нирки; мозкова речовина нирки представлена нирковими пірамідами, верхівки яких мають назву “ниркових сосочків” Нефрон - функціонально-структурна одиниця ниркової тканини ( 1 нирка - біля 1 млн нефронів) Типи нефронів: - кіркові - містяться у кірковому шарі нирки (85% всіх нефронів нирки) - юкстамедулярні - їх капілярні клубочки розташовані на межі кіркового і мозкового шарів нирки (15%)

Нирки: будова нефрону Будова нефрону: 1 - мальпігієве тільце, що містить судинний клубочок Шумлянського, оточений капсулою Боумена 2 - проксимальні звивисті канальці 3 - дистальні звивисті канальці 4 - низхідне коліно петлі нефрону (петля Генле) 5 – тонке висхідне коліно петлі нефрону 6 - товсте висхідне коліно петлі 7 - дистальний зв язувальний каналець, з єднаний зі збірною трубочкою. Ниркові канальці разом із трубочками пронизують кіркову і мозкову речовини нирок У кірковій речовині містяться: 1, 2, 3, 6, частково 5 та 7 У мозковій частині - 4, частково 5 і 7

Ферменти, характерні для ниркової тканини Ізоферменти ЛДГ: ЛДГ1 і ЛДГ2 (найбільше - у корковій речовині), ЛДГ3 і ЛДГ5 (у мозковій) Аланінамінопептидаза (ААП) - ізофермент ААП3 (ААП1 - печінка, ААП2 - підшлункова з-за, ААП4 і ААП5 - стінка кишечника АлАТ і АсАТ

Сечоутворення Із сечею виводиться надлишок води із розчиненими у ній: - кінцевими продуктами азотистого обміну - продуктами гниття білків - мінеральними солями - ксенобіотиками - гормонами та їх похідними - вітамінами та їх похідними Вміст багатьох із цих речовин у сечі є вищим за вміст у плазмі крові, що свідчить про те, що вони потрапляють у сечу через нирки не в результаті простої дифузії чи фільтрації

Сечоутворення: основні процеси

Сечоутворення: клубочкова фільтрація Фільтруються вода і низькомолекулярні компоненти плазми Швидкість фільтрації (в 2-х нирках) – 120 мл/хв Фільтрація зумовлена різницею між гідростатичним тиском крові у капілярах клубочків (І), 70 мм рт. ст., онкотичним тиском білків плазми крові (ІІ), 30 мм рт. ст. і гідростатичним тиском ультрафільтрату плазми крові у капсулі клубочка (ІІІ), 20 мм рт. ст.: Ефективний фільтраційний тиск = 70 - (30 + 20) = 20 мм рт. ст. Величина ІІІ визначається співвідношенням просвітів приносної і виносної артеріол клубочка. У нормі діаметр першої є на 30% більшим. Її звуження знижує фільтрацію; звуження виносної артеріоли - збільшує. Клубочкова фільтрація знижується при зменшенні системного артеріального тиску (при < 50 мм.рт.ст. – припиняється), при зростанні тиску в канальцях і відповідно у капсулі клубочка (напр., при затрудненнях току сечі, при зростанні тиску в міжклітинній речовині нирки. Ренін – навпаки, активує процеси, що ведуть до утворення ангіотензину ІІ, який, в свою чергу, спричиняє зростання артеріального тиску і збільшення клубочкової фільтрації Регуляція – об ємом крові, що протікає (від цього залежить величина І) та швидкістю реабсорбції Na+ в даному нефроні Низка сечогінних речовин (теофілін, теобромін) або посилюють кровообіг у нирках, або збільшують фільтрацію у клубочках В результаті фільтрації утворюється первинна сеча, яка майже не містить білка, а вміст інших компонентів приблизно дорівнює їх вмісту в плазмі. За добу утворюється 180 - 200 л первинної сечі

Сечоутворення: реабсорбція Не підлягають реабсорбції: - сечова к-та - частково сечовина - креатинін - кон юговані сполуки - ряд кінцевих продуктів, непотрібних організму Підлягають реабсорбції: - 179 л води (за добу - 96% води первинної сечі) - 1 кг хлориду натрію (70%) - 500 г NaHCO3 - 250 г глюкози (майже 100%) - 100 г вільних амінокислот - а також інші іони (магній, кальцій), неорганічні фосфати, низькомолекулярні білки

Сечоутворення: реабсорбція. Основні механізми. Проксимальні звивисті канальці Біля 70% Н2О, іони Na+, К+, С1-, майже 100% глюкози, пептидів, амінокислот. Всі ці процеси пов язані із функціонуванням базолатеральної Na+/К+-АТФази; надвисока проникність проксимального канальця для води необхідна для її реабсорбції. С1- реабсорбується пасивно, за активним транспортом Na+, для збереження електронейтральності; Н2О – теж пасивно, за осмотичним градієнтом, створеним Na+. На апікальній мембрані – Na+/Н+-антипорт (обмінник): реабсорбція Na+, що пов язана із секрецією Н+ із клітин; секреція Н+, в свою чергу, необхідна для реабсорбції НСО3- в цій частині проксимального канальця (пояснення буде далі) - Na+, глюкозо-котранспортер; його генетитчний дефект спричиняє сімейну ниркову глюкозурію. Через базолатеральну мембрану глюкоза переноситься шляхом полегшеної дифузії за участю переносника. - Na+-залежні специфічні транспортери для амінокислот – належать до родини переносчиків розчинів (salute carrier family 6, SLC6) і забезпечують реабсорбцію амінокислот із просвіту канальця нефрону; їх спадкові мутації – хвороба Хартнупа та ін розлади; на базолатеральній мембрані – виділяються із клітин за участю переносників (полегшена дифузія) Апікальні мембрани клітин проксимальних звивистих канальців також містять 2 пептидні транспортери – PEPT1 і PEPT2 - для реабсорбції пептидів, а також два АТФ-залежних експортних насоси, що належать до родини АТФ-зв язуючих касетних (ABC - ATP-binding cassete) мембранних транспортерів - MRP1 і MRP6 – для реабсорбції деяких органічних сполук

Сечоутворення: реабсорбція. Тонке й товсте висхідні коліна петлі Генле Тут реабсорбується біля 20% фільтрату. Тонке висхідне коліно петлі Генле Ця частина нефрону є непроникною для води і активно реабсорбує Na+ Основа – теж базолатеральна Na+/К+-АТФаза; на цій же мембрані є С1-канали, що сприяють реабсорбції іонів С1- у кров На апікальній мембрані – Na+, К+, 2С1- -симпортер, за його участю ці іони переходять із канальців у клітини Всі мембрани містять різні К+-канали, які працюють в різних напрямках Петлеві діуретики знижують активність Na+, К+, 2С1- -симпортеру Надалі всі ці іони переходять у міжклітинну речовину мозкової частини нирки. Т.я. для води ця ділянка непроникна, концентрація фільтрату знижується, а розчинні речовини, виходячи із клітин, накопичуються у міжклітинній речовині мозкової частини нирки Товсте висхідне коліно петлі Генле Також непроникне для води; містить С1-насос, завдяки якому іони С1- активно реабсорбуються. В цьому відділі іони Na+ реабсорбуються пасивно В цій ділянці процюють діуретики фуросемід і етакринова к-та, які блокують активний транспорт (реабсорбцію) С1-, і тим самим знижують пасивну реабсорбцію Na+

Сечоутворення: реабсорбція. Низхідне коліно петлі Генле На фільтрат, що рухається по ньому, впливають високі концентрації речовин у міжклітинному просторі мозкової частини нирки. Ця частина проникна для Н2О, і вода рухається із канальця у висококонцентровану міжклітинну речовину мозкової частини нирки. Т.я. Н2О залишає фільтрат, рідина, що рухається вниз, стає більш концентрованою

Сечоутворення: реабсорбція. Дистальні звивисті канальці До того, як рідина дійшла до дистального канальця, вона вже втратила біля 85% об єму фільтрату Початковий сегмент дистальних звивистих канальців, як і попередні ділянки петлі, є непроникним для Н2О – тут реабсорбується Na+ і С1-. На апікальній мембрані – Na+, Cl- -симпортер; на базолатеральній мембрані Na+ виходить через Na+/К+-АТФазу, а С1- покидає клітину шляхом пасивної дифузії через базолатеральні С1-канали. Тіазидні діуретики інгибують Na+, Cl- -симпортер Кінцевий сегмент дистальних звивистих канальців за будовою і функціями більш подібний до збірних трубок

Сечоутворення: реабсорбція. Збірні трубки та кінцева ділянка дистального звивистого канальця Складаються із 2-х типів клітин: - light principal cells – реабсорбують Na+, секретують К+. - dark intercalated cells – реабсорбують К+ через апікальну ммбрану і секретують Н+ light principal cells Базолатеральна мембрана – Na+/К+-АТФаза, на апікальній мембрані – специфічні іонні канали, одні з яких проникні для Na+, а інші – для К+. Поглинання Na+ деполяризує апікальну мембрану (-70 мV) і робить просвіт електронегативним (-12 мV) у порівнянні із міжклітинним середовищем. Завдяки цьому К+ швидко надходить у канальцеву рідину. Т.ч. ця секреція К+ пов язана із реабсорбцією Na+. К-ть Na+, який реабсорбується в дистальних канальцях, є меншою, ніж у проксимальних, але вона може бути підвищена мінералокортикоїдом альдостероном шляхом посилення експресії генів, кодуючих мембранні білки, у т.ч. й Na+/К+ -АТФазу й Na+-канали (внаслідок цього під впливом альдостерону зростає секреція К+). Антагоністи альдостерону інгибують реабсорбцію Na+ в цих ділянках нефрону Апікальна мембрана цих клітин м.б. як непроникна для Н2О (за відсутності антидіуретичного гормону), так і добре проникна (за його присутності). Цей гормон змінює проникність для води шляхом регуляції вбудовування водних каналів – аквапоринів – в апікальну мембрану із цитоплазматичних везикул. Базолатеральна мембрана цих клітин також містить аквапорини (інші ізоформи). Мутації в генах аквапоринів спричиняють нефрогенний діабет. dark intercalated cells Апікальна мембрана – Н+/К+-АТФаза ( ця помпа служить для секреції Н+ в просвіт канальця, стимулюється альдостероном, отже, альдостерон також спричиняє секрецію Н+); Базолатеральна – К+, С1—симпортер, - НСО3-/С1- -обмінник (chloride/bicarbonate anion exchange, AE-1)

Сечоутворення: особливості реабсорбції бікарбонату Більшість фільтрованого НСО3- реабсорбується вже в проксимальних канальцях, в яких апікальна мембрана клітин канальця містить Na+/Н+-антипортер – таким чином, реабсорбція бікарбонату пов язана із секрецією Н+. Для реабсорбції НСО3- необхідно функціонування ферменту карбоангідрази, що каталізує утворення СО2 і Н2О із Н2СО3. Цей фермент міститься у “brush border” (щітинкова облямівка) – мікровіллі клітин проксимального канальцю та в самих клітинах. СО2, що утворюється у просвіті канальця (карбоангідраза щітинкової облямівки), пасивно дифундує в клітину. Там , зв язуючись із молекулою Н2О, під дією клітинної карбоангідрази СО2 перетворюється на Н2СО3, яка дисоціює до Н+ і НСО3-. Останній шляхом дифузії виходить у міжклітинне середовище, а Н+ через апікальну мембрану за участю Na+/Н+-антипорту повертаються у просвіт канальця в обмін на іони Na+, які при цьому реабсорбуються Будь-яка зміна у фільтрації НСО3- спричиняє аналогічні зміни в проксимальній реабсорбції НСО3- - т. зв. гломеруло-тубулярний баланс Клітини висхідного коліна петлі Генле – подібний механізм реабсорбції НСО3- Дистальні канальці й збирні трубки – в intercalated cells, де існує Na+-незалежний спеціальний механізм за участю К+/Н+-АТФази; утворені в клітинах іони НСО3- при цьому пересікають базолатеральну мембрану в обмін на С1- через С1-/НСО3- -антипорт, а Н+ повертаються у просвіт канальця в обмін на іони К+

Сечоутворення: реабсорбція. Регуляція Альдостерон (гормон кори наднирників) - під його впливом іони натрію можуть повністю реабсорбуватися із сечі. Секреція альдостерону зростає, коли вміст натрію у плазмі нижчий за норму Вазопресин (=антидіуретичний гормон, АДГ) - забезпечує реабсорбцію води без розчинених речовин із дистальних відділів канальців і збірних трубочок за осмотичним градієнтом. Це веде до концентрації сечі і розбавлення плазми крові. Вода реабсорбується доти, доки осмолярність сечі не досягне значення цього показника у найглибшому шарі мозкової частини нирки. За відсутності АДГ стінки цих судин є непроникними для води, і виводиться гіпоосмотична, а не гіперосмотична, сеча Простагландини - речовини, здатні стимулювати діурез і сприяють виведенню із сечею натрію через гальмування реабсорбції натрію через перерозподіл крові в нирці від кіркового шару до мозкового Паратгормон стимулюює реабсорбцію кальцію у дистальних канальцях і гальмує реабсорбцію фосфату Вітамін D - стимулює реабсорбцію іонів кальцію і фосфатів у дистальних канальцях При сильних больових подразненнях або негативних емоціях може виникнутианурія - припинення процесу сечоутворення

Сечоутворення: секреція В канальцях відбувається додаткова секреція: - лугів - кислот - деяких пігментів - лікарських речовин Напр., в дистальних канальцях секретуються у просвіт іони калію, амонію, водню та ін Секреція також є активним процесом, механізми аналогічні реабсорбції, тільки протікають у протилежному напрямку

Сечоутворення: секреція органічних сполук У проксимальних канальцях секретуються: органічні кислоти і основи, ендогенні сполуки (адреналін, жовчні солі, цАМФ, креатинін, дофамін, гіпурати, норадреналін, оксалат, простагландини, стероїди, урати) й лікарські препарати (ацетазоламін, амілорид, атропін, буметанід, хлоротіазид, циметидин, фуросемід, морфін, парааміногіпурова кислота (РАН - paraamainohippurate), пеніцилін, сульфоніламіди, ацетилсаліцилова кислота) Базолатертальна мембрана цих клітин містить транспортні системи лдля поглинання різних сполук, зокрема, ОСТs, ОАТРs, Апікальні мембрани клітин проксимальних звивистих канальців також містять низку АТФ-залежних експортних насосів, що належать до родини АТФ-зв язуючих касетних (ABC - ATP-binding cassete) мембранних транспортерів, що переносять в просвіт канальця нефрону катіони органічних сполук, пептиди, білки, цитотоксичні природні речовини і ксенобіотики – серед них MDR1, MRP2, MRP4;. Деякі сполуки (Х) переміщуються через базолатеральну мембрану за участю Na+-залежних переносників (А), що мають високу спорідненість до цих сполук. В їх присутності утворюється комплекс А-Х, що забезпечує перенесення сполуки Х через мембрану; на її внутрішній поверхні сполука Х звільнюється у цитоплазму, а переносник знову набуває здатність переміщуватися до зовнішньої поверхні мембрани і поєднуватися з новою молекулою Х

Сечоутворення: секреція К+ К+ секретується в кінцевих ділянках дистального сегмента і в збирних трубках в principal cells (поряд із його реабсорбцією за участю К+/ Н+-АТФази апікальної мембрани в intercalated cells). К+ надходить у клітину в обмін на Na+ через базолатральну мембрану за участю Na+/К+-АТФази, що підтримує високу концентрацію К+ всередині клітин. При цьому зростає проникність апікальної мембрани для К+, з являються К-канали, за якими К+ по градієнту концентрації може виходити із клітин. Швидкість секреції залежить від градієнта електрохімічного потенціала на цій мембрані: чим більше електровід ємність просвіту канальця нефрону в цій ділянці, тим вище рівень секреції К+. Т.ч., секреція К+ залежить від: - внутрішньоклітинної концентрації К+; - проникності для К+ апікальної мембрани клітини - градієнту електрохімічного потенціалу цієї мембрани При дефіциті К+ в організмі клітини кінцевих відділів нефрону і збирних трубок припиняють секрецію К+ і тільки реабсорбують його із канальцевої рідини через К+/ Н+-АТФазу апікальної мембрани intercalated cells, надалі К+ рухається по цитоплазмі до базолатеральної мембрани і пересікає її.

Таким чином, в результаті зворотнього всмоктування одних речовин, концентрації інших і додаткової секреції первинна сеча перетворюється на вторинну, яка суттєво відрізняється за складом від плазми крові. Це сприяє очистці крові від шкідливих і непотрібних речовин

Порівняльний вміст деяких речовин у плазмі (й первинній сечі) і у вторинній сечі

Діуретики та їх вплив на сечоутворення Використовуються із 1956 р – був синтезований хлортіазид Діуретики – лікарські речовини, що знижуть реабсорбцію Na+ і Н2О в різних відділах ниркової канальцевої системи, що спричиняє посилений діурез За механізмом дії поділяються на: - осмотичні - сольові (тіазидні; петлеві; К-зберігаючі) - водні (демоклоциклін, препарати літію) - інгібітори карбоангідрази Іноді використовують комбінацію із 2-х діуретиків, що м.б. значно більш ефективним, ніж кожен компонент окремо – синергічний ефект. Це пов язано із тим, що один сегмент нефрону може компенсувати зміни Na+-реабсорбції в іншому сегменті нефрону; т.ч., блокування мультиплетних ділянок нефрону може значно збільшити ефективність окремих діуретиків

Петлеві діуретики Фуросемід, буметанід, етакринова кислота, їх похідні Інгібують Na+, К+, 2С1- -котранспортер тонкого висхідного коліна петлі Генле Блокують активний транспорт (реабсорбцію) С1-, і тим самим знижують пасивну реабсорбцію Na+ у ділянці товстого висхідного коліна петлі Генле Крім того, інгібіція Na+, К+, 2С1- -котранспортеру спричиняє значне зростання в дистальних канальцях концентрації Na+, зниження гіпертонічності міжклітинної речовини мозкової частини нирки та втрату реабсорбції Н2О в збирних трубках

Тіазидні діуретики Гідрохлоротіазид, бендрофлуразид, оксодолін, циклометіозид, хлоротіазид, гідрофлуметіазид, індапамід, метіклотіазид, метолазон В основному діють на рівні проксимальних і початкового сегменту дистальних канальців нефрону через блокування Na+, Cl- симпорту, що спричиняє осмотичну затримку Н2О в нефроні і знижує об єм циркулюючої плазми в судинному руслі. Т.я. цей транспортер в нормі реабсорбує лише біля 5% фільтрованого Na+, ці діуретики є менш ефективними, ніж петлеві, в продукції діурезу і Na+-урезу. Петлеві та тіазидні діуретики можуть спричинити втрату К+ та Н+ із сечею – тобто гіпокаліємію та алкалоз в організмі

К-зберігаючі діуретики На відміну від петлевих і тіазидних діуретиків, деякі з цих препаратів не діють безпосередньо на Na+-транспорт Діють в кінцевому сегменті дистального канальця і у збирній трубці І клас – конкурентні інгібітори альдостеронового рецептора (=антагоністи альдостерону), напр., спіронолактон – конкурують із альдостероном за рецептори на principal cells і intercalated cells. Т.я. альдостерон спричиняє реабсорбцію Na+ і Н+, К+-секрецію, його антагоністи ведуть до Na+-урезу і до зниження екскреції Н+, К+. ІІ клас – амілорид,, триамтерен – зберігають концентрацію К+ у сироватці крові через пряму інгібуючу дію на Na+-канали в епітелії нефрону (principal cells). Т.я. в нормі Na+ виходить із просвіту канальцю, внаслідок чого його просвіт стає електронегативним (-12 мV) у порівнянні із міжклітинним середовищем і завдяки цьому К+ швидко надходить у канальцеву рідину, при інгібіції Na+ каналів виявляється Na+-урез і зниження екскреції К+ із сечею Їх використовують в комплексі із петлевими і тіазидними діуретиками для редукції К+-екскреції

Інгібітори карбоангідрази Метазоламід, ацетазоламід, діхлорфенамід. діакарб Діють на карбоангідразу щітинкової облямівки і на внутрішньоклітинну карбоангідразу епітеліальних клітин проксимального канальцю Інгібують транспорт бікарбонату з проксимальних звивистих канальців у міжклітинне середовище, що є причиною втрати реабсорбції Na+ в цій ділянці. Т.ч. зменшується втрата із сечею Na+, НСО3- та Н2О Це найслабкіші із діуретиків При блокуванні карбоангідрази більше НСО3- потрапляє у сечу (алкаліновий діурез) і менше НСО3- реабсорбується в кров (метаболічний ацидоз)

Осмотичні діуретики Манітол, глюкоза, органічні кислоти, декстрани, сечовина, гліцерин Знижують звичайну пасивну реабсорбцію Н2О в проксимальних канальцях. Манітол – спирт, похідне манози, ізомер сорбітолу. Манітол вільно проходить крізь гломерулярний бар єр (тобто добре фільтрується) і дуже нелегко реабсорбується у ниркових канальцях. Його присутність у канальцевій рідині посилює ток сечі внаслідок зростання концентрації осмотичноактивних частинок, що знижує реабсорбцію Н2О

Схема впливу найважливіших діуретиків на сечоутворення

Поняття кліренсу Велечину кліренсу використовують для оцінки стану очищення крові (і організму) від шкідливих і непотрібних речовин Кліренс будь-якої речовини виражають у к-ті мл плазми крові, яка очищається від речовин (зокрема, продуктів обміну) за 1 хв при проходженні через нирки. Якщо ця речовина у канальцях зворотньо всмоктується повністю, її кліренс дорівнює 0. Якщо ця речовина зовсім не всмоктується зворотньо (напр., інулін - полімер фруктози, манітол, креатинін), то її кліренс дорівнює кількості плазми крові, яка пройшла через нирки за 1 хв, що складає 125 (1хв - 125 мл; 1 доба - 180 л) Кліренс сечовини = 70. Якщо кліренс речовини є більшим за 125, то ця речовина крім того, що фільтрується у клубочках, ще й активно виділяється і секретується у канальцях Формула для визначення кліренсу: С = (Кс / Кпл) х V, де С - кліренс; Кс - концентрація речовини у сечі (мг%); Кпл - концентрація речовини у плазмі (мг%); V - кількість сечі (мл за 1 хв)

Участь нирок у регуляції тиску крові Ниркою виробляється фермент ренін. Він діє на білок плазми крові (альфа-2-глобулін) ангіотензиноген, що синтезується у печінці. При цьому від останнього відщеплюється поліпептид ангіотензин І. У хворих на есенціальну гіпертонію вміст реніну у плазмі підвищений. У здорових людей активність реніну є заблокованою дією речовин-похідних фосфатидилсерину Сам ренін не має пресорної дії на судини. Такий вплив має ангіотензин ІІ, який утворюється із ангіотензину І (фермент карбоксикатепсин) при відщепленні від нього дипептиду. Ангіотензин ІІ має сильну судинозвужуючу дію і викликає виникнення гіпертонії. В усіх тканинах організму є пептидази, що руйнують ангіотензин ІІ Гіпертензивна дія ангіотензину ІІ регулюється кінінами плазми. Ці речовини (калідин, брадикінін, ін.) здатні підвищувати проникність капілярів і розширювати судини, і тим самим знижувати артеріальний тиск. Ці сполуки утворюються при протеолітичному розщепленні кініногену глобулінової фракції трипсином, плазміном, ін. ферментами. Ці ферменти, що спричиняють утворення кінінів плазми, отримали назву калікреїнів